أجهزة الاستشعار الحيوية للأنابيب النانوية الكربونية شديدة الحساسية

إن مجموعة من أنابيب الكربون النانوية المطلية بطبقة رقيقة من بوليمر يتعرف على البروتين هي جهاز استشعار حيوي جديد قادر على اكتشاف كميات دقيقة من البروتينات

يشكل مجموع أنابيب الكربون النانوية المطلية بطبقة رقيقة من البوليمر الذي يحدد البروتين مستشعرًا حيويًا جديدًا قادرًا على اكتشاف كميات دقيقة من البروتينات باستخدام الإشارات الكهروكيميائية. ويمكن أن توفر النتائج، التي نشرها فريق من الباحثين من جامعة بوسطن في المجلة العلمية Nature Nanotechnology، أداة تشخيصية أساسية جديدة للكشف عن مجموعة متنوعة من الأمراض.

أظهر المستشعر الحيوي القائم على الأنابيب النانوية قدرته على اكتشاف الفيريتين (الفيريتين، بروتين بشري)، وهو البروتين الرئيسي في خلايا تخزين الحديد، وكذلك اكتشاف بروتين E7 المشتق من فيروس الورم الحليمي البشري. أظهرت التجارب الإضافية، التي أجراها فريق متعدد التخصصات من علماء الأحياء والكيميائيين والفيزيائيين، مع بروتين الكالمودولين (البروتين المرتبط بالكالسيوم، الكالمودولين) أن المستشعر قادر على التمييز حتى بين الأشكال المختلفة للبروتين.

أظهرت طرق البصمة الجزيئية أن الهياكل البوليمرية يمكن أن تساهم في تطوير أجهزة استشعار قادرة على تحديد المركبات العضوية المحددة، إلا أن تحديد البروتينات كان تحديًا أكثر صعوبة. استخدم فريق العلماء من جامعة بوسطن أنابيب نانوية تشبه السياج السلكي مطلية ببوليمر عازل قادر على "استشعار" البروتينات عند مستوى حساسية أقل من بيكوجرام لكل لتر.

إحدى السمات الرئيسية لأجهزة الاستشعار هي تضمين جزيئات البروتين داخل طبقة البوليمر العازلة. نظرًا لأن الحلقات تقلل من سمك طبقة الطلاء، فإن هذه المجمعات الموجودة في البوليمر تظهر مستوى أقل من المقاومة الكهربائية مقارنة بالمناطق الأخرى من البوليمر عند التفاعل مع الشحنات الكهربائية الموجودة في البروتينات ومحلول الملح المتأين. عندما "يسقط" جزء البروتين داخل قالب المرآة الخاص به في البوليمر، فإنه يملأه ويؤدي إلى إظهار الأنبوب النانوي تغيرًا كبيرًا في المقاومة، مما يشير إلى وجود البروتين.

يمكن أن يتم هذا الاكتشاف في الوقت الفعلي، بدلاً من أن يتم بعد أيام أو أسابيع من الاختبارات المعملية، أي أن طريقة البصمة الجزيئية للأنابيب النانوية قد تمهد الطريق لتطوير أجهزة استشعار حيوية قادرة على اكتشاف الفيروسات البشرية (مثل فيروس الورم الحليمي البشري). أسابيع قبل طرق التشخيص المتاحة حاليا. وعلى عكس طرق التشخيص التي تحاول اكتشاف الجسم المضاد للفيروس أو اكتشاف الاستجابات المناعية عقب الإصابة الأولية بالفيروس، فإن مستشعر الأنابيب النانوية قادر على اكتشاف بروتين الفيروس نفسه. بالإضافة إلى ذلك، في طريقة الكشف الكهروكيميائية هذه ليست هناك حاجة لإضافة علامات كيميائية.

يقول الباحث الرئيسي: "في حالة بعض الأمراض، لا أحد يعرف حقًا سبب مرض هذا الشخص". "كل ما نعرفه هو أن المرض ربما يكون ناجما عن وجود فيروس. في هذا الوقت، قد لا يكون لدى المريض كميات قابلة للقياس من الأجسام المضادة في الدم على الإطلاق. أي أنه في الوقت الذي يكون فيه من الضروري الحصول على تشخيص دقيق، قد لا يكون هناك أي أثر للفيروس على الإطلاق. ونتيجة لذلك فقدنا فرصتنا. والآن أصبحنا قادرين على تحديد بروتينات الغلاف الخلوي للفيروس نفسه من خلال البصمة الجزيئية وإجراء الاختبار."

الخبر من الجامعة