تولید حسگرهای زیستی بسیار حساس

خوشه‌ای از نانولوله‌های کربنی پوشیده شده با لایه نازکی از پلیمرِ تشخیص‌دهنده
پروتئین یک حسگر زیستی را تشکیل می‌دهد که می‌تواند با استفاده از سیگنال‌های
الکتروشیمیایی مقادیر بسیار کم از پروتئین‌ها را شناسایی کند. این حسگر می‌تواند
یک ابزار تشخیصی جدید برای شناسایی محدوده وسیعی از بیماری‌ها باشد.

محققان ثابت کرده‌اند که این حسگر می‌تواند فریتین انسانی، که پروتئین اصلی
ذخیره‌کننده آهن در سلول‌هاست، و E7 oncoprotein مشتق از papillomavirus انسانی
را شناسایی نماید. به‌علاوه، بررسی‌های بیشتری که توسط یک گروه میان‌رشته‌ای از
محققان زیست‌شناسی، شیمی و فیزیک انجام گرفت نشان داد که این حسگر می‌تواند با
استفاده از calmodulin میان شکل‌های مختلفی که یک پروتئین به خود می‌گیرد،
تمایز قائل شود.

روش‌های مهرزنی مولکولی نشان داده‌اند که می‌توان از ساختارهای پلیمری برای
توسعه حسگرهایی که قابلیت شناسایی ترکیبات آلی خاص را دارند، بهره برد، اما
شناسایی پروتئین‌ها همراه با چالش مواجه بوده است. حال گروهی از محققان کالج
بوستون (BC) از آرایه‌ای از نانولوله‌های کربنی سیم‌مانند که با یک پلیمر
غیررسانا روکش شده‌اند، برای شنایی پروتئین‌ها با حساسیت زیر پیکوگرم بر لیتر
بهره برده‌اند.

بخش اصلی این حسگر، فرورفتگی‌های هم‌شکل مولکول‌های پروتئین درون روکش پلیمری
عایق است. چون ضخامت روکش پلیمری در قسمت‌هایی که این فرورفتگی‌ها وجود دارند،
کمتر از بخش‌های دیگر روکش است، زمانی که این نواحی در تماس با بار ذاتی
پروتئین‌ها و یک محلول نمکی یونیزه قرار می‌گیرند، نسبت به بخش‌های دیگرِ روکش
مقاومت الکتریکی کمتری از خود نشان می‌دهند. زمانی که پروتئین مربوطه درون
تصویر آئینه‌ای خود روی روکش پلیمری قرار می‌گیرد، این ناحیه خالی را پر کرده و
در نتیجه نانولوله‌های کربنی زیرین می‌توانند تغییر مقاومت را حس کرده و حضور
پروتئین را به‌صورت سیگنال الکتریکی اعلام کنند.

شناسایی پروتئین‌ها با این روش به‌جای اینکه نیاز به چند روز یا چند هفته
آنالیز آزمایشگاهی داشته باشد، به‌صورت بلادرنگ صورت می‌گیرد. بدین ترتیب می‌توان
حضور papillomavirus انسانی (HPV) یا ویروس‌های دیگر را هفته‌ها زودتر از زمانی
که روش های فعلی قادر به تشخیص هستند، شناسایی کرد. بر خلاف روش‌های دیگر که پس
از ابتلای اولیه به دنبال یافتن پادتن HPV یا پاسخ‌های ایمنی سلولی می‌گردند،
با این حسگرهای نانولوله‌ای می‌توان پروتئین HPV را به‌طور مستقیم ردیابی کرد.
به‌علاوه در این روش نیاز به استفاده از هیچ نشانگر شیمیایی وجود ندارد.

دونگ کای یکی از پژوهشگران این تحقیق می‌گوید: «در مورد برخی از بیماری‌ها هیچ
کس مطمئن نیست که چرا فرد بیمار می‌شود. تنها چیزی که ممکن است بدانیم این است
که شاید یک ویروس باشد. شاید بیمار در زمان تشخیص بیماری هیچ‌گونه پادتن قابل
شناسایی شدن نداشته باشد. بنابراین در زمانی که بسیار هم حیاتی است، هیچ نوع
ویروسی در بدن وی شناسایی نمی‌شود. در این حالت شما شانس خود را برای درمان
بیمار از دست داده‌اید. حال می‌توانیم با این روش جدید پروتئین‌های سطحی خود
ویروس را شناسایی کنیم».