Il rilevamento delle malattie in una fase iniziale è una delle maggiori sfide che i biochimici e gli scienziati dei materiali stanno cercando di affrontare unendo le loro competenze presso Missouri S&T. I ricercatori hanno utilizzato la nanotecnologia nella diagnostica biomedica, un processo chiamato nanodiagnostica, per creare un nuovo, biosensore di DNA ultrasensibile. Il nuovo sensore potrebbe potenzialmente rilevare biomarcatori basati sul DNA per la diagnosi precoce di cancro e malattie genetiche, oltre a monitorare le risposte dei pazienti alle terapie.

Un biosensore elettrochimico di base è costituito da un elemento di riconoscimento biologico, un convertitore di segnale e un processore. Questi biosensori rilevano, trasmettere e registrare informazioni sulle sostanze biologiche, come gli acidi nucleici (DNA e RNA), proteine, anticorpi, antigeni, e altri componenti biologici, come il glucosio.

"Il biosensore con i nanomateriali presenta i vantaggi di una maggiore sensibilità e di una risposta più rapida rispetto ai metodi analitici tradizionali che richiedono i dispositivi medici odierni e tecniche di amplificazione molecolare che richiedono molto tempo, "dice il dottor Risheng Wang, assistente professore di chimica presso Missouri S&T e ricercatore principale dello studio.

I ricercatori hanno realizzato il nuovo biosensore da nanotubi di carbonio e nanoparticelle d'oro, che gli conferiscono una forma radiale tridimensionale simile a quella di un riccio di mare. Wang afferma che il biosensore ha generato una notevole risposta elettrochimica.

"Poiché la combinazione di nanotubi di carbonio e nanoparticelle d'oro ha prodotto una superficie più grande del normale, area di contatto superconduttiva, abbiamo scoperto che questo biosensore potrebbe rilevare gli acidi nucleici a bassissima abbondanza in terreni biologici complessi, "dice il dottor Wenyan Liu, assistente professore di chimica presso Missouri S&T. "Era anche altamente selettivo nel discriminare il singolo DNA non corrispondente dal DNA completamente abbinato. Questo tipo di sistema nanodiagnostico è un potenziale candidato per misurazioni mediche point-of-care a causa della sua eccellente stabilità e possibilità di miniaturizzazione".

Lo studio, "Biosensore di DNA elettrochimico senza etichetta e ultrasensibile basato su nanocluster di nanotubi di carbonio simili a ricci e nanoparticelle d'oro, " è stato pubblicato oggi da ACS (American Chemical Society) Publications il 7 aprile, 2020, rivista, Chimica analitica , ed è apparso sulla copertina del numero.

I collaboratori di S&T includono l'autore corrispondente Liu, e co-autore Dr. Shou Han, un ex borsista post-dottorato in chimica che ora è all'Università del Missouri-Kansas City. Dott. Ming Zheng, chimico ricercatore presso il National Institute of Standards and Technology di Gaithersburg, Maryland, anche co-autore della ricerca.

Negli ultimi due anni, La ricerca biochimica di Wang, finanziata dall'NSF, si è concentrata anche sullo sviluppo di nanostrutture origami basate sul DNA per la somministrazione di farmaci antitumorali e come sonde per identificare i microRNA da utilizzare come biomarcatori molecolari per la diagnosi precoce di tumori e altre malattie. La NSF ha finanziato il suo lavoro sullo sviluppo di nanostrutture di DNA autoassemblate per fabbricare una nuova generazione di circuiti elettronici molecolari per la miniaturizzazione di computer e altri dispositivi elettronici.