Gli scienziati dell'EPFL hanno sviluppato nuovi biosensori a nanotubi utilizzando la biologia sintetica, che migliora le loro capacità di rilevamento in biofluidi complessi, come sangue e urina. Lo studio è pubblicato su Journal of Physical Chemistry Letters .

I biosensori sono dispositivi in ​​grado di rilevare molecole biologiche nell'aria, acqua, o sangue. Sono ampiamente utilizzati nello sviluppo di farmaci, diagnostica medica, e ricerca biologica. La crescente necessità di un continuo, il monitoraggio in tempo reale dei biomarcatori in malattie come il diabete sta attualmente guidando gli sforzi per sviluppare dispositivi biosensori efficienti e portatili.

Alcuni dei biosensori ottici più promettenti attualmente in fase di sviluppo sono realizzati utilizzando nanotubi di carbonio a parete singola. L'emissione di luce nel vicino infrarosso dei nanotubi di carbonio si trova all'interno della finestra di trasparenza ottica dei materiali biologici. Questo significa acqua, sangue, e i tessuti come la pelle non assorbono la luce emessa, rendendo questi biosensori ideali per applicazioni di rilevamento impiantabili. Questi sensori possono quindi essere posizionati sotto la pelle e il segnale ottico può ancora essere rilevato senza la necessità di avere contatti elettrici che perforano la superficie.

Però, l'onnipresenza di sali nei biofluidi crea una sfida pervasiva nella progettazione dei dispositivi impiantabili. È stato dimostrato che le fluttuazioni nelle concentrazioni di sale che si verificano naturalmente nel corpo influenzano la sensibilità e la selettività dei sensori ottici basati su nanotubi di carbonio a parete singola avvolti da DNA a filamento singolo.

Per superare alcune di queste sfide, un team di ricercatori del laboratorio di Ardemis Boghossianat EPFL ha progettato sensori di nanotubi ottici stabili utilizzando la biologia sintetica. L'uso della biologia sintetica conferisce maggiore stabilità ai biosensori ottici, rendendoli più adatti per l'uso in applicazioni di biorilevamento in fluidi complessi come sangue o urina e persino all'interno del corpo umano.

"Quello che abbiamo fatto è stato avvolgere i nanotubi con acidi nucleici 'xeno' (XNA), o DNA sintetico in grado di tollerare la variazione delle concentrazioni di sale che i nostri corpi subiscono naturalmente, per fornire un segnale più stabile, " dice Ardemis Boghossian. Alice Gillen, l'autore principale dell'articolo, ha guidato gli sforzi nello studio di come alcuni sali influenzano l'emissione ottica dei biosensori.

Lo studio copre diverse concentrazioni di ioni all'interno degli intervalli fisiologici trovati nei biofluidi comuni. Monitorando sia l'intensità del segnale dei nanotubi che lo spostamento della lunghezza d'onda del segnale, i ricercatori sono stati in grado di verificare che i sensori bioingegnerizzati hanno mostrato una maggiore stabilità su una gamma più ampia di concentrazioni di sale rispetto ai sensori di DNA tradizionalmente utilizzati sul campo.

"Questa è davvero la prima volta che un vero approccio di biologia sintetica viene utilizzato nel campo dell'ottica dei nanotubi, " afferma Boghossian. "Riteniamo che questi risultati siano incoraggianti per lo sviluppo della prossima generazione di biosensori ottici che sono più promettenti per applicazioni di rilevamento impiantabili come il monitoraggio continuo".