צוות מחקר בין-תחומי מבוכום, דואיסבורג וציריך פיתח גישה חדשה לבניית חיישנים אופטיים מודולריים המסוגלים לזהות וירוסים וחיידקים. לצורך כך השתמשו החוקרים בצינורות פחמן ניאון עם סוג חדש של עוגני DNA הפועלים כידיות מולקולריות. ניתן להשתמש במבני העוגן כדי להצמיד יחידות זיהוי ביולוגיות כגון אפטמרים נוגדנים לננו-צינורות. יחידת הזיהוי יכולה לאחר מכן לקיים אינטראקציה עם מולקולות חיידקיות או ויראליות לננו-צינורות. אינטראקציות אלו משפיעות על הקרינה של הננו-צינוריות ומגבירות או מקטינות את בהירותן.
צוות המורכב מפרופסור סבסטיאן קרוס, יוסטוס מטרניך וארבעה עמיתים לעבודה מאוניברסיטת רוהר בוכום (גרמניה), מכון פראונהופר למעגלים ומערכות מיקרו-אלקטרוניים וה-ETH ציריך דיווחו על ממצאיהם ב- כתב העת של האגודה האמריקנית לכימיה, פורסם באינטרנט ב-27 ביוני 2023.
התאמה אישית פשוטה של חיישנים ביולוגיים של ננו-צינורות פחמן
הצוות השתמש בחיישני ננו צינוריים שהיו עשויים מפחמן וקוטרם היה פחות מננומטר אחד. כאשר הם מוקרנים באור נראה, ננו-צינוריות פחמן פולטות אור בטווח הקרוב לאינפרא אדום. אור קרוב לאינפרא אדום אינו נראה לעין האנושית. עם זאת, הוא מושלם עבור יישומים אופטיים, מכיוון שרמת האותות האחרים בטווח זה מופחתת מאוד. במחקרים קודמים, הצוות של סבסטיאן קרוס כבר הראה כיצד ניתן לתמרן את הקרינה של ננו-צינוריות כדי לזהות ביו-מולקולות חיוניות. כעת, החוקרים חיפשו דרך להתאים אישית את חיישני הפחמן לשימוש עם מולקולות מטרה שונות בצורה פשוטה.
המפתח להצלחה היו מבני DNA עם מה שנקרא פגמים קוונטיים גואנין. זה כלל קישור בסיסי DNA לננו-צינור כדי ליצור פגם במבנה הגבישי של הננו-צינור. כתוצאה מכך, הקרינה של הננו-צינורות השתנתה ברמה הקוונטית. בנוסף, הפגם פעל כידית מולקולרית שאפשרה להכניס יחידת זיהוי, הניתנת להתאמה למולקולת המטרה המתאימה לצורך זיהוי חלבון ויראלי או חיידקי ספציפי. "באמצעות החיבור של יחידת הזיהוי לעוגני ה-DNA, הרכבה של חיישן כזה דומה למערכת של אבני בניין – אלא שהחלקים הבודדים קטנים פי 100,000 משערת אדם", מתאר סבסטיאן קרוס.
חיישן מזהה מטרות חיידקיות וויראליות שונות
הקבוצה הציגה את קונספט החיישנים החדש תוך שימוש בחלבון ספייק SARS CoV-2 כדוגמה. לשם כך, החוקרים השתמשו בaptamers, הנקשרים לחלבון SARS CoV-2 ספייק. "אפטמרים הם גדילי DNA או RNA מקופלים. בשל המבנה שלהם, הם יכולים להיקשר באופן סלקטיבי לחלבונים", מסביר יוסטוס מטרניך. "בשלב הבא אפשר להעביר את הרעיון לנוגדנים או ליחידות איתור אחרות".
חיישני הפלורסנט הצביעו על נוכחות החלבון SARS-CoV-2 ברמה גבוהה של אמינות. הסלקטיביות של חיישנים עם פגמים קוונטיים גואנין הייתה גבוהה יותר מהסלקטיביות של חיישנים ללא פגמים כאלה. יתר על כן, החיישנים עם פגמים קוונטיים של גואנין היו יציבים יותר בתמיסה. "זה יתרון אם אתה חושב על מדידות מעבר לתמיסות מימיות פשוטות. עבור יישומים אבחנתיים, עלינו למדוד בסביבות מורכבות, למשל עם תאים, בדם או באורגניזם עצמו", אומר סבסטיאן קרוס, העומד בראש קבוצת הממשקים הפונקציונליים והביוסיסטמים באוניברסיטת רוהר בוכום וחבר ב- Ruhr Explores Solvation Cluster of the International Grade of Excellate School and NeuroVciente School.
קישור לכתבת המקור – 2023-07-21 18:32:35
