Các nhà khoa học tại trường Đại học Bách khoa liên bang Lausanne (EPFL), Thụy Sỹ đã phát triển thiết bị cảm biến sinh học ống nano mới bằng phương pháp sinh học tổng hợp, giúp cải thiện khả năng cảm ứng của chúng trong môi trường dịch lỏng sinh học phức tạp trong cơ thể con người như máu và nước tiểu. Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Physical Chemistry Letters.

Cảm biến sinh học mới là thiết bị tích hợp có khả năng phát hiện các phân tử sinh học trong không khí, nước hoặc máu. Công nghệ này được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu phát triển thuốc, chẩn đoán y tế và nghiên cứu sinh học. Hiện nay, nhu cầu sử dụng dấu ấn sinh học ngày càng trở nên phổ biến, giúp theo dõi liên tục các loại bệnh lý theo thời gian thực, trong đó có bệnh tiểu đường, từ đó, dẫn đến nỗ lực phát triển các thiết bị cảm biến sinh học cầm tay hiệu quả.

Một số loại cảm biến sinh học quang học hứa hẹn nhất hiện đang được phát triển được chế tạo bằng phương pháp sử dụng các ống nano cacbon đơn vách. Sự phát xạ ánh sáng cận hồng ngoại ở các ống nano cacbon xảy ra bên trong cửa sổ trong suốt quang học của vật liệu sinh học. Điều này có nghĩa là nước, máu và mô như da không hấp thụ ánh sáng phát ra, khiến cho cảm biến sinh học trở nên lý tưởng đối với các ứng dụng cảm biến cấy ghép. Những cảm biến này do đó có thể được cấy bên dưới lớp da và tín hiệu quang học vẫn có thể được phát hiện mà không cần sử dụng các tiếp điểm điện xuyên qua bề mặt.

Tuy nhiên, sự có mặt của muối trong các dịch lỏng sinh học được xem là một thách thức phổ biến trong nghiên cứu và thiết kế các thiết bị cấy ghép. Trên thực tế, sự thay đổi nồng độ muối tự nhiên xảy ra trong cơ thể đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến độ nhạy và độ chọn lọc của cảm biến quang học dựa trên các ống nano cacbon đơn vách được bao bọc bởi ADN sợi đơn.

 Để khắc phục vấn đề này, nhóm nghiên cứu từ phòng thí nghiệm của Ardemis Boghossianat, EPFL đã thiết kế các cảm biến ống nano quang ổn định bằng phương pháp sinh học tổng hợp. Việc sử dụng phương pháp này mang lại tính ổn định cao cho các cảm biến sinh học quang học, thích hợp sử dụng trong các ứng dụng sinh học sử dụng dịch lỏng phức tạp như máu hoặc nước tiểu và các chất dịch khác bên trong cơ thể con người.

Ardemis Boghossian cho biết: “Chúng tôi bọc axit 'xeno' (XNA) hoặc ADN tổng hợp xung quanh các ống nano vì những vật liệu này có khả năng chịu được sự thay đổi nồng độ muối mà cơ thể con người có thể đáp ứng được, giúp truyền tín hiệu ổn định hơn”. Alice Gillen tác giả chính của bài báo là người dẫn đầu trong nỗ lực nghiên cứu về ảnh hưởng của một số muối nhất định đối với sự phát xạ quang học của các cảm biến sinh học.

Các nhà nghiên cứu thực hiện thử nghiệm ở nhiều mức nồng độ ion khác nhau được tìm thấy trong các dịch lỏng sinh học phổ biến trong cơ thể con người. Bằng phương pháp giám sát cả cường độ tín hiệu của ống nano và quá trình dịch chuyển bước sóng của tín hiệu, họ đã có thể xác minh rằng cảm biến sinh học bộc lộ tính ổn định cao hơn trong phạm vi nồng độ muối lớn hơn so với cảm biến ADN thông thường khác.

"Đây là lần đầu tiên một phương pháp sinh học tổng hợp được sử dụng trong lĩnh vực quang học ống nano", Boghossian khẳng định. "Chúng tôi tin rằng những kết quả đáng khích lệ này sẽ là cơ sở để phát triển thế hệ tiếp theo của thiết bị cảm biến sinh học quang học hứa hẹn hơn nữa dành cho các ứng dụng cảm biến cấy ghép như giám sát liên tục".

Nguồn:NASATI