Los investigadores de KAUST han desarrollado un biosensor que se puede adaptar en una configuración de transistor a escala micrométrica para detectar cualquier metabolito de interés. Crédito:2018 KAUST
Un concepto novedoso para un biosensor del metabolito lactato combina un polímero transportador de electrones con lactato oxidasa, que es la enzima que cataliza específicamente la oxidación del lactato. El lactato está asociado con condiciones médicas críticas, por lo que su detección es importante para la asistencia sanitaria.
El rendimiento del biosensor depende de la transferencia de electrones entre el electrodo sensor y la enzima. Esto aumenta cuando hay una disminución en la distancia entre los sitios activos de la enzima y la superficie del electrodo. Las enzimas redox han surgido como componentes óptimos para los biosensores porque su capacidad para realizar la transferencia de electrones complementa su especificidad en la unión de la diana y la actividad catalítica.
Los esfuerzos típicos para lograr una buena comunicación eléctrica implican modificaciones complicadas de electrodos y mediadores adicionales, que son moléculas activas redox que transportan electrones entre el electrodo y la enzima. Por lo tanto, Los biosensores hasta la fecha se han visto limitados en términos de sus metabolitos y entornos objetivo. Esto ha obstaculizado su uso para aplicaciones en diversos campos como la biotecnología, agricultura, y biomedicina. En lugar de, su uso principal se ha restringido a biosensores electroquímicos in vitro para la monitorización de glucosa en pacientes diabéticos.
Para llenar este vacío Sahika Inal de KAUST y colaboradores del Imperial College London y la Universidad de Cambridge, REINO UNIDO, han desarrollado un biosensor que se puede adaptar en una configuración de transistor a escala micrométrica para detectar cualquier metabolito de interés.
En el corazón del dispositivo de prueba de concepto, los investigadores han conjugado lactato oxidasa con un polímero transistor electroquímico orgánico llamado. Este polímero transportador de electrones actúa simultáneamente como un interruptor eficiente y un potente amplificador de señal:puede aceptar electrones de la reacción enzimática y sufrir múltiples reacciones de reducción a través de varios sitios activos redox.
Este polímero también tiene cadenas laterales hidrófilas que facilitan las interacciones intramoleculares con la lactato oxidasa, que acerca la enzima al material transductor. Esto promueve la comunicación eléctrica y, como consecuencia, aumenta la sensibilidad del polímero hacia el lactato. Estas interacciones polímero-enzima también evitan la modificación de la superficie del electrodo y el uso de un mediador, "que simplifica la fabricación de dispositivos, "explica Inal. Ella agrega que, a diferencia de los biosensores anteriores, el dispositivo no requiere un electrodo de referencia, lo que proporciona flexibilidad de diseño.
El equipo de Sahika Inal está trabajando en un diseño de biosensor que detectará metabolitos en diferentes entornos. De izquierda a derecha:Anna-Maria Pappa, Doctor. estudiante David Ohayon y Sahika Inal. Crédito:2018 KAUST
"Nuestro mayor desafío fue identificar el material adecuado para este sensor, "dice Inal. Después de este primer obstáculo, su equipo encontró problemas al interpretar la respuesta del biosensor. "Este dispositivo nos sorprendió por su alta eficiencia, " ella dice.
El equipo de Inal en KAUST está trabajando actualmente en un diseño que detectará metabolitos en diferentes entornos. "Una aplicación obvia para este sistema es un sensor de lactato de laboratorio en un chip, ", añade. Un sensor de este tipo sería especialmente útil en dispositivos portátiles de monitorización de lactato. Además, este nuevo sistema también abre nuevas opciones sobre cómo se pueden explotar las enzimas para generar y almacenar energía.
El estudio se publica en Avances de la ciencia .
