La stringa dell'enzima di elettrofilatura è stata realizzata con enzima e coenzima contenente una soluzione polimerica solubile in acqua (in alto). La mesh della stringa di enzimi fluorescenti (eFES) fabbricata è stata impostata su un sistema di imaging a fluorescenza senza pretrattamento (in basso a sinistra). Le immagini e i valori numerici della velocità di reazione dell'enzima quando si applica il vapore di etanolo alla mesh eFES (in basso a destra). L'immagine viene riutilizzata con il permesso di Elsevier. Credito:Dipartimento di Dispositivi e Strumentazione Biomedici, TMDU
Gli scienziati della Tokyo Medical and Dental University (TMDU) introducono un metodo semplice per la produzione di biosensori realizzati con polimeri elettrofilati. Incorporando enzimi all'interno della stringa polimerica, gli enzimi erano operativi anche allo stato secco. Questi biosensori possono essere utilizzati per schermare determinate malattie, nonché per monitorare gli ambienti per specifici composti chimici nell'aria.
Gli enzimi sono catalizzatori biologici che consentono a molte reazioni chimiche vitali per la vita di progredire molto più velocemente di quanto farebbero normalmente. Una delle caratteristiche notevoli di alcuni enzimi è la loro forte specificità, in cui la reazione lavorerà con alcune molecole bersaglio, ma non con quelle anche molto simili. Gli scienziati sanno da molto tempo che queste proprietà possono essere utilizzate per creare biosensori altamente sensibili e accurati per sostanze specifiche, comprese quelle associate alla malattia. Tuttavia, la maggior parte dei biosensori convenzionali richiede di mantenere l'enzima in una condizione umida in modo che non si denaturino e perdano la capacità di catalizzare le reazioni.
Ora, un team collaborativo di ricercatori della TMDU e della Waseda University guidato dai professori Kohji Mitsubayashi e Naoya Takeda ha creato un biosensore non invasivo per i composti organici volatili sotto forma di una rete solida. Una soluzione di alcol polivinilico è stata prima combinata con l'enzima alcol deidrogenasi e il coenzima nicotinamide adenina. La miscela è stata forzata attraverso un ugello ad alta tensione. Fibre sottili di polimero si sono accumulate sulla piastra del collettore, con l'enzima incorporato all'interno, fino a ottenere una rete solida. La presenza di vapore di etanolo potrebbe essere rilevata sulla base di un aumento significativo dell'attività fluorescente.
"Abbiamo scoperto che l'immobilizzazione degli enzimi all'interno della rete preservava la loro attività, anche in condizioni ambientali", afferma l'autrice Misa Nakaya. I ricercatori hanno eseguito dei test per determinare le condizioni di pH ottimali e hanno valutato la relazione tra l'intensità della fluorescenza e la quantità di etanolo applicata. Hanno anche scoperto che la fluorescenza del biosensore non si attivava se esposto ad altri composti volatili, come acetone o metanolo, quindi la specificità veniva mantenuta.
"Il nostro biosensore in forma secca per il rilevamento di sostanze chimiche nell'aria avrà maggiori possibilità di ottenere un'adozione commerciale diffusa grazie alla sua facilità di fabbricazione", afferma l'autore Kohji Mitsubayashi. Avere la capacità di produrre biosensori solidi in modo rapido ed economico può consentire nuovi sistemi diagnostici point-of-care e di monitoraggio ambientale da utilizzare sul campo.
La ricerca è pubblicata in Biosensors and Bioelectronics . + Esplora ulteriormente
