Un disegno schematico del biosensore, che consiste di nanofili ordinati sopra una membrana di biossido di silicio-silicio. Immagine:Yuerui Lu
(PhysOrg.com) -- Un rapido, un test economico e altamente sensibile che identifica marcatori di malattie o altre molecole in soluzioni a bassa concentrazione potrebbe essere il risultato di un biosensore nanomeccanico sviluppato da Cornell, che potrebbe potenzialmente aiutare con la diagnosi precoce della malattia.
Il biosensore, basato su un array di nanofili di cristalli fotonici, è stato sviluppato da Yuerui Lu, uno studente laureato nel laboratorio di Amit Lal, professore di ingegneria elettrica e informatica. La loro ricerca è stata pubblicata online il 6 dicembre sulla rivista Comunicazioni sulla natura.
Il funzionamento del sensore è stato confermato in collaborazione con Dan Luo, professore di ingegneria biologica e ambientale, e il suo studente laureato Songming Peng.
Il dispositivo sperimentale è un risonatore meccanico di 50 micron di diametro costituito da una sottile membrana di silicio-biossido di silicio con ordinata, nanofili verticali strettamente imballati sulla parte superiore. Il design raggiunge un elevato rapporto superficie-volume per il rilevamento di biomolecole, il che significa che può rilevare molecole a concentrazioni molto basse, fino al femtomolare. Il sensore potrebbe essere utile, Per esempio, per trovare solo poche molecole in un bicchiere d'acqua.
Il sensore funziona collegando le molecole di DNA della sonda a singolo filamento ai nanofili. Quando queste molecole entrano in contatto con un DNA bersaglio a singolo filamento, le molecole rilevanti si legano insieme, modificando la massa rilevata dal dispositivo. Il cambiamento di massa provoca un cambiamento nella frequenza di risonanza del dispositivo.
Un disegno di come il DNA a singolo filamento viene immobilizzato e ibridato sul sensore. Immagine:Yuerui Lu
Un raggio laser viene puntato sul dispositivo, e il design innovativo dei nanofili consente un assorbimento della luce superiore al 90%, con conseguente eccitazione opto-termo-meccanica del risonatore. Una lettura ottica della variazione della frequenza di risonanza può essere eseguita a distanza, velocemente e senza fili elettrici, rendendo il dispositivo conveniente ed economico da realizzare, hanno detto i ricercatori.
Lal ha detto che immagina che i medici possano usare un dispositivo del genere nell'analisi clinica, Per esempio, nel test del DNA. Tipicamente oggi, Il DNA nel sangue prelevato viene confrontato con una sequenza standard.
Il nuovo dispositivo potrebbe invece essere codificato con particolari sequenze di DNA di pertinenza, e quelle molecole specifiche potrebbero essere rilevate nelle prime fasi quando le concentrazioni sono basse.
"Potresti avere una cartuccia con una serie di sensori a membrana, e potresti scansionare rapidamente per vedere quale imperfezione del DNA potresti avere, " ha detto. "I test di oggi richiedono tempo e sono costosi".
Tali sensori potrebbero essere utili anche per applicazioni ambientali, come il monitoraggio della qualità dell'acqua. I ricercatori sperano di migliorare il loro dispositivo rendendolo sensibile a determinate molecole proteiche, che sono più complicati perché non si legano in modo così specifico come fanno le molecole di DNA.
