Un nuovo concetto per un biosensore del metabolita lattato combina un polimero trasportatore di elettroni con la lattato ossidasi, che è l'enzima che catalizza specificamente l'ossidazione del lattato. Il lattato è associato a condizioni mediche critiche, quindi il suo rilevamento è importante per l'assistenza sanitaria.

Le prestazioni del biosensore dipendono dal trasferimento di elettroni tra l'elettrodo di rilevamento e l'enzima. Questo aumenta quando c'è una diminuzione della distanza tra i siti attivi dell'enzima e la superficie dell'elettrodo. Gli enzimi redox sono emersi come componenti ottimali per i biosensori perché la loro capacità di realizzare il trasferimento di elettroni integra la loro specificità nel legame al bersaglio e nell'attività catalitica.

Gli sforzi tipici per ottenere una buona comunicazione elettrica comportano modifiche degli elettrodi contorte e mediatori aggiuntivi, che sono molecole attive redox che trasportano gli elettroni tra l'elettrodo e l'enzima. Perciò, i biosensori fino ad oggi sono stati limitati in termini di metaboliti e ambienti target. Ciò ha ostacolato il loro utilizzo per applicazioni in diversi campi come la biotecnologia, agricoltura, e biomedicina. Anziché, il loro uso principale è stato limitato ai biosensori elettrochimici in vitro per il monitoraggio del glucosio nei pazienti diabetici.

Per colmare questa lacuna, Sahika Inal di KAUST e collaboratori dell'Imperial College di Londra e dell'Università di Cambridge, UK, hanno sviluppato un biosensore che può essere adattato in una configurazione di transistor su scala micron per rilevare qualsiasi metabolita di interesse.

Al centro del dispositivo proof-of-concept, i ricercatori hanno coniugato la lattato ossidasi con un cosiddetto polimero di transistor elettrochimico organico. Questo polimero trasportatore di elettroni agisce contemporaneamente come un efficiente interruttore e un potente amplificatore di segnale:può accettare elettroni dalla reazione enzimatica e subire molteplici reazioni di riduzione attraverso diversi siti redox attivi.

Questo polimero porta anche catene laterali idrofile che facilitano le interazioni intramolecolari con la lattato ossidasi, che avvicina l'enzima al materiale trasduttore. Ciò promuove la comunicazione elettrica e, di conseguenza, aumenta la sensibilità del polimero al lattato. Queste interazioni polimero-enzima evitano anche di modificare la superficie dell'elettrodo e l'uso di un mediatore, "che semplifica la fabbricazione del dispositivo, " spiega Inal. Aggiunge che, a differenza dei precedenti biosensori, il dispositivo non richiede un elettrodo di riferimento, che offre flessibilità di progettazione.

"La nostra sfida più grande è stata identificare il materiale giusto per questo sensore, " dice Inal. Dopo questo primo ostacolo, il suo team ha riscontrato problemi durante l'interpretazione della risposta del biosensore. "Questo dispositivo ci ha sorpreso per la sua elevata efficienza, " lei dice.

Il team di Inal presso KAUST sta attualmente lavorando a un progetto che rileverà i metaboliti in ambienti diversi. "Un'applicazione ovvia per questo sistema è un sensore di lattato lab-on-a-chip, " aggiunge. Tale sensore sarebbe particolarmente utile nei dispositivi indossabili per il monitoraggio del lattato. Inoltre, questo nuovo sistema apre anche nuove opzioni su come sfruttare gli enzimi per generare e immagazzinare energia.

Lo studio è pubblicato su Progressi scientifici .