(Phys.org) — Quando si tratta di nanomedicina, più piccolo è, sorprendentemente, non sempre migliore.

I ricercatori della UCLA Henry Samueli School of Engineering e Applied Science hanno determinato che le dimensioni ridotte dei biosensori basati su nanofili, che gli operatori sanitari utilizzano per rilevare le proteine ​​che segnano l'insorgenza dell'insufficienza cardiaca, cancro e altri rischi per la salute, non è ciò che li rende più sensibili di altri dispositivi diagnostici. Piuttosto, ciò che conta di più è l'interazione tra gli ioni carichi nel campione biologico in esame e le proteine ​​cariche catturate sulla superficie dei sensori.

La scoperta contrasta anni di saggezza convenzionale secondo cui un biosensore può essere reso più sensibile semplicemente riducendo il diametro dei nanofili che compongono il dispositivo. Questa ipotesi ha guidato centinaia di costosi sforzi di ricerca e sviluppo nel campo della nanomedicina, in cui vengono utilizzati minuscoli materiali e dispositivi per rilevare, diagnosticare e curare la malattia.

La ricerca suggerisce nuove direzioni per la progettazione di biosensori per migliorare la loro sensibilità e renderli più pratici per i medici e, infine, pazienti stessi—da usare.

"Questa è la prima volta che è stata messa in discussione la comprensione del motivo per cui il biorilevamento dei nanofili funziona, " disse Chi On Chui, un professore associato di ingegneria elettrica e bioingegneria all'UCLA il cui laboratorio ha svolto la ricerca. "Il vantaggio non deriva dal fatto che i fili sono su scala nanometrica, ma piuttosto come la loro geometria riduce la capacità degli ioni di inibire il rilevamento delle proteine. Questa ricerca potrebbe essere un passo verso lo sviluppo di prodotti sofisticati, dispositivi portatili e convenienti per rilevare con precisione una serie di malattie."

La ricerca è stata pubblicata il 25 marzo nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

I biosensori nanowire sono, in sostanza, transistor elettronici con un diametro inferiore alla larghezza di un singolo globulo rosso. Quando sono esposti a un campione di sangue o ad un altro fluido corporeo, le proteine ​​cariche specifiche per il test vengono catturate sulle superfici dei nanofili. La carica delle proteine ​​catturate cambia la velocità della corrente elettrica che scorre attraverso il transistor a nanofili. Monitorando la corrente elettrica, i ricercatori possono quantificare la concentrazione di proteine ​​nel campione, che può dare loro un'indicazione sulla salute del cuore, diabete e una serie di altre condizioni mediche.

Una sfida all'uso pratico della tecnologia è che oltre alle proteine ​​​​caricate, molti fluidi fisiologici contengono una grande concentrazione di ioni carichi, come il sodio, potassio e cloruro. Questi ioni circondano le proteine ​​e mascherano la carica proteica, che impedisce al sensore di rilevare le proteine.

I ricercatori nei laboratori possono aggirare questo problema. Ma i medici che eseguono i test sui loro pazienti o i pazienti che monitorano la propria salute a casa non possono farlo senza l'assistenza di un tecnico. Ciò ha ostacolato l'adozione della tecnologia.

La ricerca dell'UCLA migliora la comprensione dell'efficienza dei nanofili in diversi modi. Primo, dimostra che la piccola dimensione dei nanofili non è intrinsecamente responsabile del fatto che superano le loro controparti planari.

Secondo, dimostra che il miglioramento delle prestazioni deriva dal fatto che lo screening ionico è ridotto in spazi ristretti, come gli angoli tra un nanofilo e la base su cui si trova, perché gli ioni hanno difficoltà ad avvicinarsi alle proteine. Questo effetto d'angolo esiste nella maggior parte delle strutture di biorilevamento, se sono su scala nanometrica o meno; ma l'effetto diventa più importante su scala nanometrica.

La ricerca mostra anche che in generale, i dispositivi con superfici concave funzionano in modo più efficiente rispetto a quelli con superfici convesse.

"La mia speranza è che i ricercatori possano utilizzare questa comprensione per fare due cose, " disse Kaveh Shoorideh, lo studente laureato in Ingegneria UCLA che è il primo autore della ricerca. "Primo, realizzare biosensori sensibili senza ricorrere a costosi nanofili, e secondo, trovare modi per ridurre lo screening ionico senza richiedere un tecnico".