Verbesserung der Erkennung von Infektionskrankheiten Biomarker mit Schrumpffolie

Neue Technik verwendet Falten in metallbeschichteten Schrumpffolie , Biomarker ' Signale verstärkt um das Tausendfache , ebnet den Weg für eine kostengünstige , hochempfindliche Diagnosegerät

Erkennen von HIV / AIDS, Tuberkulose . Malaria und anderen tödlichen Infektionskrankheiten so früh wie möglich hilft, ihre rasche Ausbreitung zu verhindern und ermöglicht eine wirksamere Behandlungen . Aber Stromerfassungsverfahren sind kostspielig in den meisten Gebieten der Welt . Jetzt hat eine neue Methode der Nanotechnologie - Einsatz alltäglichen Schrumpffolie - kann hochempfindliche , extrem kostengünstige Diagnose infektiöse Krankheitserreger zu ermöglichen.

Die neue Technik , in einem Artikel in der optischen Society (OSA) Zeitschrift Optische Materialien Express veröffentlicht beschrieben , bietet die Möglichkeit, das Signal der Fluoreszenzmarker in der Biosensorik eingesetzt , durch Aufbringen einer Kombination von Metallen auf Schrumpffolie deutlich steigern .

"Verwenden von Commodity Schrumpffolie und Großfertigungsprozessekönnen wir kostengünstige Nanostrukturen machen den Fluoreszenzanstiege mehr als das Tausendfache zu ermöglichen , so dass für deutlich niedrigere Nachweisgrenzen ", sagte Co-Autor Michelle Khine ein Biomedizintechnik -Professor an der University of California, Irvine ( UC Irvine ) . "Wenn man eine Lösung mit sehr wenigen Molekülen, die Sie versuchen, zu erkennen sind, haben - wie im Fall von Infektionskrankheiten - diese Plattform wird dazu beitragen, verstärken das Signal , so dass ein einzelnes Molekül erkannt werden können. "


Dies sind Nahaufnahmen der neuen Schrumpffolie Nanostrukturen mit einem Rasterelektronenmikroskop aufgenommen . Jedes Bild zeigt die Schrumpffolienoberflächemit einer festen Menge von Nickel ( 5 nm ) und unterschiedliche Dicken von Gold in der Metallbeschichtung . Der obere (b) ist 10 nm dick. Die Mitte ( c) ist 20 nm dick. Der Boden (d) 30 nm dick. Die schwarzen Pfeile in der oberen Bild zeigen eine Nanogap .
Bildnachweis : Optische Materialien Express

Bei dem neuen Verfahren - durch Khine entwickelt und ihr Doktorand Himanshu Sharma , zusammen mit ihren Mitarbeitern , Professoren Enrico Gratton und Michelle Digman , auch an der UC Irvine - dünne Schichten aus Gold und Nickel werden zunächst auf einem thermoplastischen Polymer (a Schrumpffolie Film abgeschieden ) . Beim Erhitzen auf die Schrumpffolie Verträge , wodurch die steifer Metallschichten Schnalle und Falten in die schöne Blume -ähnliche Strukturen , die deutlich kleiner als zuvor gezeigt sind . Zum Seitenanfang Anzahl der faltige Metallschicht , die Forscher hinzufügen, Proben von Biomarkern , Antikörper durch das Immunsystem in Reaktion auf eine Infektion mit einem bestimmten Erreger erzeugt. Diese Biomarker mit fluoreszierenden Sonden markiert, um ihre Detektion unter Nahinfrarotlicht ermöglichen.

Das Team fand heraus , dass Falten der Schrumpffolie ist die Intensität der von den Biomarker ausgesendeten Signale deutlich verbessert . Das verstärkte Emission , Khine sagt, aufgrund der Anregung von lokalisierten Oberflächenplasmonen - kohärenten Schwingungen der freien Elektronen im Metall. Wenn Forscher glänzte ein Licht auf ihre faltigen Gründung wurde das elektromagnetische Feld innerhalb der nanoskaligen Lücken zwischen den Falten der Schrumpffolie ist verstärkt, sagte Khine . Dies führte zu "Hotspots" - Gebieten mit plötzlichen Ausbrüchen von intensiver Fluoreszenzsignale aus den Biomarker .

In ihrer Studie verwendeten die Forscher ein Immunsystem Molekül als Immunglobulin G oder IgG bekannt als Biomarker . " IgG ist eine der am häufigsten zirkulierende Antikörper im Immunsystem , so dass bis zu 80 Prozent der alle Antikörper im Körper, und ist in den meisten Körperflüssigkeiten gefunden ", sagte Sharma . Insbesondere ist eine gute IgG Biomarker zum Nachweis von Rotavirus , das Virus, das die häufigste Ursache für schwere Durchfall Infektionen bei Kleinkindern und jungen Kindern weltweit ist . IgG ist auch ein Biomarker für eine Infektion mit dem Epstein -Barr -Virus und Herpes simplex-Virus.

In der Zukunft , sagt er, zusätzliche Antikörper, wie Immunglobulin A ( IgA) und Immunglobulin M ( IgM) , kann verwendet werden, um andere Mittel einschließlich nachzuweisen Cytomegalovirus und der Erreger , die bewirkt, Typhus Fieber.

" Die Technik sollte mit Messfluoreszenzmarkerin biologischen Proben zu arbeiten , aber wir haben noch nicht getestet Körperflüssigkeiten ", sagte Khine , die warnt, dass die Technik ist noch lange nicht bereit für die klinische Anwendung . Zum Beispiel stellt sie, " Wir arbeiten derzeit an versuchen, Rotavirus erkennen, aber eine der größten Herausforderungen ist, dass unsere Oberfläche hydrophob " - das heißt, wasserabweisend - " so Diffusion des Biomarkers auf unserer Verbundstrukturen begrenzt . "

Obwohl ihre aktuelle Setup erfordert den Einsatz teurer Geräte , die Forscher sagen , sie glauben, ihre Arbeit wird den Weg für die Schaffung eines integrierten , kostengünstigen Gerät Falle zu ebnen und zu identifizieren Biomarker .