Desafíos de los esquemas de medición potenciométrica para la detección molecular en un FET en un ambiente iónico:formación de la EDL, unión no específica, y receptores orientados al azar. Crédito:Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST)
Un equipo de investigación coreano desarrolló con éxito una tecnología de biosensores patentada con una sensibilidad molecular significativamente mejorada utilizando la membrana lipídica artificial que imita la membrana celular. El equipo de investigación dirigido por el Dr. Yong-Sang Ryu del Brain Science Institute y el Dr. Chul Ki Kim del Sensor System Research Center, en colaboración con el equipo de investigación dirigido por el profesor Dong June Ahn del Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Universidad de Corea, desarrolló una tecnología para mejorar la detectabilidad molecular sobre la superficie del transistor de efecto de campo potenciométrico (FET) mediante la impermeabilización de iones a través de la membrana lipídica.
Ha sido algo desafiante comercializar la tecnología de detección molecular basada en FET, una tecnología de sensores que utiliza señales eléctricas, a pesar de sus beneficios en la detección de diversas moléculas como virus, proteínas, y ADN. Esto se debe principalmente a los rangos de detección ultradelgados para la detección molecular bajo alta concentración de iones o carga eléctrica de la solución del analito.
Por ejemplo, en una gota de sangre, el rango efectivo a partir del cual se pueden detectar moléculas a través de la sonda del sensor potenciométrico es de aproximadamente 1 nm, que es más delgada que la molécula a detectar y analizar; por lo tanto, es difícil detectar la señal eléctrica, incluso si la molécula entra en contacto con la sonda sensora. Para superar este obstáculo, Los investigadores han probado estrategias que incluyen diluir la solución de analito hasta 100, 000 veces para mejorar la detección molecular; sin embargo, estas estrategias no han tenido éxito.
Por lo tanto, el equipo de investigación propuso el uso de la membrana modelo para superar este obstáculo. La membrana celular de los humanos no solo controla la concentración de iones del entorno interno y externo, pero también evita que una alta concentración de iones ingrese a la célula. Por lo tanto, el equipo se centró en esta característica específica del sistema de imitación de la membrana celular. Después de repetidas pruebas para aplicar la membrana celular a la superficie del chip de detección molecular basado en FET, se confirmó que la detección de moléculas está disponible sin pretratamiento adicional, incluso en una solución iónica de alta concentración.
Ilustración esquemática de la longitud de Debye efectiva (λD ′) con contraste iónico a través del SLB y cambio conformacional al unirse a la avidina. Crédito:Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST)
Con esta nueva tecnología, conocido como "FET recubierto de membrana (lipid-FET), "las moléculas suspendidas en una solución altamente iónica concentrada al nivel de la sangre humana pueden detectarse con mayor sensibilidad en comparación con la del sensor existente, y dilución de la solución hasta 100, 000 veces no es necesario. Se confirmó que este es el rendimiento más alto entre todos los FET informados hasta ahora a nivel mundial. El equipo de investigación espera que esta tecnología se pueda utilizar para diagnosticar diversos asuntos relacionados con enfermedades, como las proteínas asociadas a la demencia, pero también es una tecnología de plataforma con una amplia aplicabilidad como biosensores en diversos campos, incluida la medicina, cuidado de la salud, y el entorno para la detección de infecciones virales y microplásticos.
El Dr. Yong-Sang Ryu de KIST describió el logro de la investigación como "la detección de moléculas a través de lípidos-FET con contraste iónico a través de la membrana se puede aplicar instantáneamente a todas las plataformas de sensores potenciométricos existentes que utilizan un campo eléctrico para detectar moléculas".
El Dr. Chul Ki Kim de KIST dijo:"Estudios para aplicar la tecnología a diversos campos de investigación, como enfermedades que se sabe que son causadas por proteínas mutadas adheridas a las membranas celulares como la enfermedad de Alzheimer, Enfermedad de Parkinson, y diabetes, y la tecnología para detectar rápida y precisamente una cantidad extremadamente pequeña de virus infecciosos como el COVID-19 y la influenza se están llevando a cabo en paralelo ".
El resultado de la investigación se ha publicado en la edición reciente de Comunicaciones de la naturaleza .
