Usando una hoja de grafeno de un solo átomo de espesor para rastrear las señales electrónicas inherentes a las estructuras biológicas, un equipo dirigido por investigadores de Boston College ha desarrollado una plataforma para identificar selectivamente cepas mortales de bacterias, un avance que podría conducir a una focalización más precisa de las infecciones con los antibióticos adecuados, el equipo informó en la revista Biosensores y bioelectrónica .

El prototipo demuestra el primer selectivo, rápido, y detección eléctrica económica de la especie bacteriana patógena Staphylococcus aureus y Acinetobacter baumannii resistente a los antibióticos en una sola plataforma, dijo el profesor de Física del Boston College Kenneth Burch, coautor principal del artículo.

El rápido aumento de bacterias patógenas resistentes a los antibióticos se ha convertido en una amenaza mundial. en gran parte debido a la prescripción excesiva de antibióticos. Esto se debe en gran parte a la falta de barato, escalable y diagnósticos precisos, según el coautor y profesor asociado de biología del Boston College Tim van Opijnen.

Particularmente crucial es identificar la especie bacteriana y si es resistente a los antibióticos, y hacerlo en una plataforma de fácil manejo en la mayoría de los puntos de atención. Actualmente, estos diagnósticos son relativamente lentos (de horas a días) y requieren una amplia experiencia, y equipo muy caro.

Los investigadores de BC, trabajando con colegas de la Universidad de Boston, desarrolló un sensor, conocido como transistor de efecto de campo de grafeno (G-FET), que puede superar las deficiencias críticas de los esfuerzos de detección anteriores, ya que es una plataforma altamente escalable que emplea péptidos, cadenas de múltiples aminoácidos enlazados, que son agentes químicos económicos y fáciles de usar, según el coautor y profesor de química de BC Jianmin Gao.

El equipo se propuso demostrar que podría construir un dispositivo que pueda "detectar rápidamente la presencia de cepas y especies bacterianas específicas". explotando la gran cantidad de carga eléctrica en su superficie y la capacidad de capturarlos con péptidos sintéticos de nuestro propio diseño, "dijo Burch.

La iniciativa se basó en la investigación anterior de van Opijnen y Gao, que previamente encontraron péptidos eran altamente selectivos, pero en ese momento se requerían costosos microscopios de fluorescencia para su detección. Además de Burch, Gao, y van Opijnen, entre los coautores principales del artículo se encontraba el profesor asistente de química de la Universidad de Boston, Xi Ling.

El equipo modificó los péptidos existentes para permitirles unirse al grafeno, una sola capa atómica de carbono. Los péptidos fueron diseñados para unirse a bacterias específicas, rechazando a todos los demás. En esencia, el G-FET es capaz de controlar la carga eléctrica del grafeno, mientras lo expone a varios agentes biológicos.

Debido a la selectividad de los péptidos, los investigadores pudieron identificar su apego a la cepa bacteriana deseada, el equipo informó en el artículo "Dielectroforesis asistida rápida, detección selectiva y unicelular de bacterias resistentes a los antibióticos con G-FET. "Mediante el control eléctrico de la resistencia y, por último, cargar en el dispositivo, la presencia de bacterias adheridas al grafeno podría resolverse, incluso para una sola celda.

Para permitir una mayor velocidad y alta sensibilidad, se colocó un campo eléctrico en el líquido para llevar las bacterias al dispositivo, explotando de nuevo la carga sobre las bacterias, informó el equipo. Este proceso, conocido como dielectroforesis, nunca antes se había aplicado a sensores basados ​​en grafeno y podría potencialmente abrir la puerta para mejorar drásticamente los esfuerzos en ese campo para emplear grafeno para la biosección. informó el equipo.

"Nos sorprendió lo bien que se guiaron eléctricamente las bacterias a los dispositivos, ", dijo Burch." Pensamos que reduciría un poco el tiempo requerido y la concentración necesaria. En lugar de, funcionó tan bien que el campo eléctrico pudo reducir la concentración necesaria de bacterias en un factor de 1000, y reduzca el tiempo de detección a cinco minutos ".