Un'illustrazione di un biosensore del canale epitassiale del grafene per il rilevamento del biomarcatore mirato 8-idrossideossiguanosina (8-OHdG). (A) Schema del dispositivo MLEG (B) Film sottile di gruppi nitrofenilici (PhNO2) attaccati covalentemente sul canale MLEG. (C) Attacco dell'anticorpo "biorecettore" anti-8-OHdG al canale MLEG terminato con ammina e successiva rilevazione di 8-OHdG. Credito: Materiali 2D
Un biosensore ultrasensibile realizzato con il meraviglioso materiale grafene è stato utilizzato per rilevare molecole che indicano un aumento del rischio di sviluppare il cancro.
Il biosensore ha dimostrato di essere più di cinque volte più sensibile dei test biologici attualmente in uso, ed è stato in grado di fornire risultati in pochi minuti, aprendo la possibilità di un rapido, strumento diagnostico point-of-care per i pazienti.
Il biosensore è stato presentato oggi, 19 settembre, nella rivista di IOP Publishing Materiali 2D .
Per sviluppare un biosensore praticabile, i ricercatori, dell'Università di Swansea, dovuto creare dispositivi di grafene modellati utilizzando un'ampia area di substrato, che non era possibile utilizzando la tradizionale tecnica di esfoliazione in cui gli strati di grafene vengono rimossi dalla grafite.
Anziché, hanno coltivato il grafene su un substrato di carburo di silicio a temperature estremamente elevate e bassa pressione per formare la base del biosensore. I ricercatori hanno quindi modellato dispositivi al grafene, utilizzando tecniche di lavorazione dei semiconduttori, prima di collegare un numero di molecole di biorecettori ai dispositivi di grafene. Questi recettori sono stati in grado di legarsi a, o bersaglio, una specifica molecola presente nel sangue, saliva o urina.
La molecola, 8-idrossidesossiguanosina (8-OHdG), viene prodotto quando il DNA è danneggiato e, a livelli elevati, è stato collegato ad un aumentato rischio di sviluppare diversi tipi di cancro. Però, L'8-OHdG è tipicamente presente a concentrazioni molto basse nelle urine, quindi è molto difficile da rilevare utilizzando i saggi di rilevamento convenzionali, noti come saggi di immunoassorbimento enzimatico (ELISA).
Nel loro studio, i ricercatori hanno utilizzato la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e la spettroscopia Raman per confermare che le molecole del biorecettore si erano attaccate al biosensore di grafene una volta fabbricate, e quindi esposto il biosensore a un intervallo di concentrazioni di 8-OHdG.
Quando l'8-OHdG si attacca alle molecole dei biorecettori sul sensore, c'era una notevole differenza nella resistenza del canale del grafene, che i ricercatori hanno potuto registrare.
I risultati hanno mostrato che il sensore di grafene era in grado di rilevare concentrazioni di 8-OHdG fino a 0,1 ng mL-1, che è quasi cinque volte più sensibile rispetto agli ELISA. Il biosensore al grafene è stato anche considerevolmente più veloce nel rilevare le molecole bersaglio, completare l'analisi in pochi minuti.
Andando avanti, i ricercatori evidenziano il potenziale del biosensore per diagnosticare e monitorare un'intera gamma di malattie poiché è abbastanza semplice sostituire le specifiche molecole del recettore sulla superficie del grafene.
Il coautore dello studio, il dottor Owen Guy, ha dichiarato:"Il grafene ha eccellenti proprietà di trasporto elettronico e ha un rapporto superficie-volume intrinsecamente elevato, che lo rendono un materiale ideale per la fabbricazione di biosensori.
Ora che abbiamo creato il primo biosensore proof-of-concept utilizzando il grafene epitassiale, cercheremo di indagare su una gamma di diversi biomarcatori associati a diverse malattie e condizioni, oltre a rilevare un numero di biomarcatori diversi sullo stesso chip".
