Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore (LLNL) han desarrollado un nuevo sensor biológico que podría ayudar a los médicos a diagnosticar mejor el cáncer y la epilepsia.

Los sensores biológicos controlan moléculas pequeñas, iones y protones y son vitales como diagnóstico médico. Incluso las señales más simples como el nivel de pH intracelular, puede proporcionar información importante para la comunidad médica.

Por ejemplo, La acidificación de los tumores debido a la captación elevada de glucosa y la liberación de ácido láctico es un biomarcador de las células cancerosas. Igualmente, La acidificación del líquido extracelular es uno de los procesos clave durante los ataques epilépticos.

Pero los biosensores artificiales tienen limitaciones como la biocompatibilidad y el ensuciamiento (la acumulación de materiales no deseados que impiden o interfieren con la función de la molécula). Los sistemas biológicos son expertos en proteger y separar componentes vitales de la maquinaria biológica con membranas semipermeables que a menudo contienen poros y compuertas definidos para restringir el transporte transmembrana sólo a especies específicas.

Aprendiendo de la biología el equipo de LLNL, dirigido por Aleksandr Noy, creó un sensor de pH mediante la integración de sensores de transistores de nanocintas de silicio con un recubrimiento de bicapa lipídica antiincrustante que contiene canales de nanotubos de carbono permeables a protones (CNTP) y demostró una detección de pH robusta utilizando esos sensores en una variedad de fluidos biológicos complejos.

"Nuestro dispositivo es una plataforma versátil para tiempo real, sin etiqueta, detección altamente sensible de biomarcadores de enfermedades, Desajustes de ADN y virus, "dijo Xi Chen, un estudiante de posgrado de UC Merced, un becario graduado en residencia de UC-National Lab en Lawrence Livermore y un primer autor en un artículo de portada en la revista Nano letras . Dijo que el biosensor eventualmente podría incluso ser implantable.

Para crear el sensor de pH, la membrana lipídica necesita incorporar un canal robusto que sea altamente permeable (y, idealmente, altamente específico) a los protones. El equipo de Noy demostró anteriormente que los CNTP estrechos de 0,8 nanómetros (unos 10 nanómetros de segmentos de nanotubos de carbono que se insertan espontáneamente en una membrana lipídica y forman canales transmembrana) tienen una permeabilidad de protones extremadamente alta que es un orden de magnitud mayor que la permeabilidad de protones del agua a granel. El confinamiento extremo de agua en los poros de nanotubos de 0,8 nm de diámetro es responsable de crear condiciones que favorecen el transporte rápido de protones. El pequeño tamaño de los poros y la alta permeabilidad de los protones también garantizan que los CNTP puedan bloquear eficazmente la mayoría de los componentes de las mezclas biológicas que incrustan y evitar que lleguen a la superficie del sensor.

"Para cada uno de estos experimentos, hemos caracterizado la capacidad de nuestro sensor para responder a variaciones en los valores de pH de la solución antes y después de la exposición continua a las diferentes mezclas de incrustaciones, "Noy dijo." Cuando la bicapa lipídica incorporó canales CNTP, la respuesta del pH se conservó y mostró muy pocos signos de degradación ".

En el futuro, el equipo podría diseñar los CNTP para transmitir iones específicos y moléculas pequeñas mientras bloquea otras biomoléculas. Esto podría transformar el dispositivo en una tecnología de detección de tipo plataforma versátil que podría usarse en aplicaciones que van desde el diagnóstico de enfermedades, detección genética y descubrimiento de fármacos.