L'Istituto Fraunhofer per circuiti e sistemi microelettronici IMS e l'Università della Ruhr di Bochum, in Germania, hanno sviluppato un processo che consente una nuova forma di amplificazione del segnale per i test diagnostici. Attraverso l'uso avanzato di nanotubi di carbonio luminescenti a parete singola in ambito bioanalitico, le procedure di test possono essere eseguite in modo più sensibile, rapido ed economico.
I sensori possono essere utilizzati per processi enzimatici. La loro adattabilità a diverse condizioni di reazione apre un'ampia gamma di applicazioni per metodi standard come ELISA, abbreviazione di Enzyme-linked Immunosorbent Assay.
I risultati sono stati pubblicati il 15 dicembre 2023 in Angewandte Chemie International Edition . Aprono nuove possibilità per migliorare le procedure diagnostiche e risparmiare agenti di rilevamento.
Molte procedure diagnostiche utilizzano la luce per rilevare la quantità di una particolare sostanza. Questa può essere una sostanza colorata o una sostanza luminescente. Sfortunatamente, ci sono molti segnali di fondo nella gamma della luce visibile. Per spostare il segnale ottico di una misurazione in un intervallo spettrale migliore, i ricercatori hanno utilizzato tubi di carbonio di diametro inferiore a un nanometro. Questo è circa 100.000 volte più sottile di un capello umano.
I sensori emettono fluorescenza nella gamma del vicino infrarosso, che non è visibile all'occhio umano, e non sbiancano. Inoltre, la fluorescenza dei sensori è sensibile al loro ambiente chimico a causa di una modificazione sulla loro superficie. Ciò rende possibile osservare le reazioni chimiche e rilevare i prodotti della reazione quando interagiscono con il nanotubo.
La fluorescenza dei nanotubi sposta il segnale nella gamma del vicino infrarosso, il che, combinato con l'elevata sensibilità dei nanotubi, determina uno spostamento del limite di rilevamento. Ciò è importante, ad esempio, quando i marcatori della malattia sono presenti a livelli molto bassi in un'infezione o in una malattia come il cancro.
La capacità di adattare i nanotubi a diversi analiti apre un'ampia gamma di possibilità, compreso un aumento della sensibilità. Questo aumento di sensibilità consente un potenziale spostamento dei limiti di rilevamento, che può portare a risparmi sia di materiale che di tempo nei processi diagnostici. Questo approccio innovativo potrebbe aumentare significativamente l'efficienza dei metodi di rilevamento nella diagnostica medica.
Il gruppo ha dimostrato che il nuovo principio del sensore funziona utilizzando i substrati p-fenilendiammina e tetrametilbenzidina per l'enzima perossidasi di rafano. "Questo enzima viene utilizzato in una varietà di metodi di rilevamento biochimico", spiega Justus Metternich del Fraunhofer IMS.
"In linea di principio, tuttavia, il concetto può essere applicato a tutti i tipi di sistemi. Ad esempio, abbiamo studiato anche l'enzima β-galattosidasi, che è interessante per applicazioni diagnostiche. Con alcune modifiche, potrebbe essere utilizzato anche nelle bioreazioni ."
In futuro, il gruppo prevede di adattare i sensori per altre applicazioni. Ad esempio, a seconda dell'applicazione, i sensori potrebbero essere resi più stabili con i cosiddetti difetti quantistici. "Ciò sarebbe particolarmente vantaggioso se non si desidera solo misurare in semplici soluzioni acquose, ma si desidera anche seguire le reazioni enzimatiche in ambienti complicati con cellule, nel sangue o in un bioreattore stesso", spiega Sebastian Kruss, professore di chimica fisica alla Università della Ruhr a Bochum e capo dell'Attract Group Biomedical Nanosensors presso il Fraunhofer IMS.
Ulteriori informazioni: Justus T. Metternich et al, Amplificazione del segnale e traduzione del vicino infrarosso delle reazioni enzimatiche mediante nanosensori, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316965
Fornito da Ruhr-Universitaet-Bochum
