Датчик работает, обнаруживая определённый тип белка, в данном случае цитокин, известный как фактор некроза опухоли альфа (ФНО‑альфа), и который участвует в воспалительном процессе. Аномальные уровни цитокинов связаны с множеством заболеваний, включая аутоиммунные, сердечно-сосудистые, болезнь Альцгеймера и рак. ФНО-альфа может выступать в качестве биомаркера — это измеряемая характеристика, указывающая на состояние здоровья.
COVID-19 также может вызывать воспалительные реакции, известные как «цитокиновые бури», и исследования показали, что ингибиторы цитокинов являются эффективным средством лечения для повышения шансов на выживание.
Наша цель — разработать датчик, который был бы менее инвазивным, к тому же дешевле и проще в использовании, чем существующие методы. Новые датчики можно будет размещать в кабинетах врачей, чтобы помочь с диагностикой различных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера
— Майкл Адачи, доцент кафедры инженерных наук и соруководитель проекта.
Майкл Адачи сказал, что существует ряд устоявшихся методов обнаружения белков-биомаркеров, таких как иммуноферментный анализ (ELISA) и масс-спектрометрия, но у них есть несколько недостатков. Известные методы дорогие, причём образцы необходимо отправлять в лабораторию для тестирования, и в ожидании результатов проходит день или больше.
Учёный отметил, что созданный биосенсор чрезвычайно чувствителен и может обнаруживать ФНО-альфа в очень малых концентрациях, которые в 20–30 раз ниже обычно обнаруживаемых в образцах крови.
Датчик зависит от свойств дисульфида молибдена. Полупроводник обладает иными свойствами по сравнению с кремнием или арсенидом галлия, полупроводниками, которые хорошо изучены.
В исследовании участвовала выпускник магистратуры инженерных наук Туш Де Сильва. Она пояснила, что устройство основано на электрических измерениях.
Когда целевой белок взаимодействует с датчиком, он изменяет выходной электрический сигнал. Измеряя показатель, мы можем измерить концентрацию белка, присутствующего в жидкостях организма
— Туш Де Сильва, научная сотрудница.
Как только белок-биомаркер попадает на поверхность датчика, он вызывает незначительные изменения электрических свойств. Глядя на электрическую мощность чувствительного слоя, учёные могут определить концентрацию белков-биомаркеров в простом растворе.
Канадские исследователи завершили этап проверки концепции, доказав, что двухэлектродный диодный датчик эффективен для обнаружения ФНО-альфа в лабораторных условиях. Они планируют провести клинические испытания биосенсора, чтобы убедиться, что прибор сможет эффективно обнаруживать белки-биомаркеры в образце крови, содержащем множество прочих белков и других веществ. Исследователи также подали предварительную заявку на патент в Управление лицензирования технологий.
