Un team di ricerca coreano ha sviluppato con successo una tecnologia proprietaria di biosensori con una sensibilità molecolare notevolmente migliorata utilizzando la membrana lipidica artificiale che imita la membrana cellulare. Il team di ricerca guidato dal Dr. Yong-Sang Ryu del Brain Science Institute e dal Dr. Chul Ki Kim del Sensor System Research Center, in collaborazione con il gruppo di ricerca guidato dal professor Dong June Ahn del Dipartimento di ingegneria chimica e biologica della Korea University, ha sviluppato una tecnologia per migliorare la rilevabilità molecolare sulla superficie del transistor potenziometrico a effetto di campo (FET) tramite l'impermeabilità ionica attraverso la membrana lipidica.

È stato alquanto difficile commercializzare la tecnologia di rilevamento molecolare basata su FET, una tecnologia di sensori che utilizza segnali elettrici, nonostante i suoi benefici nel rilevamento di varie molecole come virus, proteine, e DNA. Ciò è dovuto principalmente agli intervalli di rilevamento ultrasottili per il rilevamento molecolare in presenza di un'elevata concentrazione di ioni o carica elettrica della soluzione di analita.

Ad esempio, in una goccia di sangue, l'intervallo effettivo da cui le molecole possono essere rilevate tramite la sonda del sensore potenziometrico è di circa 1 nm, che è più sottile della molecola da rilevare e analizzare; perciò, è difficile rilevare il segnale elettrico, anche se la molecola entra in contatto con la sonda di rilevamento. Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno provato strategie inclusa la diluizione della soluzione dell'analita fino a 100, 000 volte per migliorare il rilevamento molecolare; però, queste strategie non hanno avuto successo.

Perciò, il team di ricerca ha proposto l'uso della membrana modello per superare questo ostacolo. La membrana cellulare degli esseri umani non solo controlla la concentrazione di ioni dell'ambiente interno ed esterno, ma impedisce anche ad un'alta concentrazione di ioni di entrare nella cellula. Il team si è quindi concentrato su questa caratteristica specifica del sistema che imita la membrana cellulare. Dopo ripetuti test per l'applicazione della membrana cellulare alla superficie del chip di rilevamento molecolare basato su FET, è stato confermato che il rilevamento delle molecole è disponibile senza pretrattamento aggiuntivo, anche in una soluzione ionica ad alta concentrazione.

Con questa nuova tecnologia, noto come "FET rivestito di membrana (lipidi-FET), " le molecole sospese in una soluzione concentrata altamente ionica a livello del sangue umano possono essere rilevate con maggiore sensibilità rispetto a quella del sensore esistente, e diluizione della soluzione fino a 100, 000 volte non è richiesto. Questa è stata confermata come la prestazione più alta tra tutti i FET riportati finora a livello globale. Il team di ricerca prevede che questa tecnologia possa essere utilizzata per diagnosticare varie malattie correlate come le proteine ​​​​associate alla demenza, ma è anche una piattaforma tecnologica con ampia applicabilità come biosensori in diversi campi tra cui medicina, assistenza sanitaria, e l'ambiente per rilevare infezioni virali e microplastiche.

Il Dr. Yong-Sang Ryu di KIST ha descritto il risultato della ricerca come "il rilevamento delle molecole tramite FET lipidico con contrasto ionico attraverso la membrana può essere applicato istantaneamente a tutte le piattaforme di sensori potenziometrici esistenti che utilizzano un campo elettrico per rilevare le molecole".

Il dottor Chul Ki Kim del KIST ha detto:"Studi per applicare la tecnologia a vari campi di ricerca come malattie note per essere causate da proteine ​​mutate attaccate alle membrane cellulari come il morbo di Alzheimer, Morbo di Parkinson, e diabete, e la tecnologia per rilevare in modo rapido e preciso un numero estremamente ridotto di virus infettivi come COVID-19 e influenza vengono condotti in parallelo".

Il risultato della ricerca è stato pubblicato nel recente numero di Comunicazioni sulla natura .