L'Institut Fraunhofer pour les circuits et systèmes microélectroniques IMS et l'Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne, ont développé un procédé qui permet une nouvelle forme d'amplification du signal pour les tests de diagnostic. Grâce à l'utilisation avancée de nanotubes de carbone luminescents à simple paroi en bioanalyse, les procédures de test peuvent être effectuées de manière plus sensible, plus rapide et moins coûteuse.
Les capteurs peuvent être utilisés pour des processus enzymatiques. Leur adaptabilité à différentes conditions de réaction ouvre une large gamme d'applications pour les méthodes standards telles que les ELISA, abréviation de Enzyme-linked Immunosorbent Assay.
Les résultats ont été publiés le 15 décembre 2023 dans Angewandte Chemie International Edition . Ils ouvrent de nouvelles possibilités pour améliorer les procédures de diagnostic et économiser les agents de détection.
De nombreuses procédures de diagnostic utilisent la lumière pour détecter la quantité d'une substance particulière. Il peut s'agir d'une substance colorée ou d'une substance luminescente. Malheureusement, il existe de nombreux signaux de fond dans la plage de la lumière visible. Pour déplacer le signal optique d'une mesure dans une meilleure plage spectrale, les chercheurs ont utilisé des tubes de carbone de moins d'un nanomètre de diamètre. C'est environ 100 000 fois plus fin qu'un cheveu humain.
Les capteurs émettent une fluorescence dans le proche infrarouge, qui n'est pas visible à l'œil humain, et ne blanchissent pas. De plus, la fluorescence des capteurs est sensible à leur environnement chimique du fait d'une modification de leur surface. Cela permet d'observer les réactions chimiques et de détecter les produits de réaction lorsqu'ils interagissent avec le nanotube.
La fluorescence des nanotubes déplace le signal dans la gamme proche infrarouge, ce qui, combiné à la haute sensibilité des nanotubes, entraîne un déplacement de la limite de détection. Ceci est important, par exemple, lorsque les marqueurs de la maladie sont présents à des niveaux très faibles dans une infection ou une maladie telle que le cancer.
La possibilité d’adapter les nanotubes à différents analytes ouvre un large éventail de possibilités, notamment une augmentation de la sensibilité. Ce gain de sensibilité permet un changement potentiel des limites de détection, ce qui peut entraîner des économies de matériel et de temps dans les processus de diagnostic. Cette approche innovante pourrait augmenter considérablement l'efficacité des méthodes de détection dans le diagnostic médical.
Le groupe a démontré que le nouveau principe du capteur fonctionne en utilisant les substrats p-phénylènediamine et tétraméthylbenzidine pour l'enzyme peroxydase de raifort. "Cette enzyme est utilisée dans diverses méthodes de détection biochimique", explique Justus Metternich du Fraunhofer IMS.
"Mais en principe, le concept peut être appliqué à toutes sortes de systèmes. Par exemple, nous avons également étudié l'enzyme β-galactosidase, qui présente un intérêt pour les applications de diagnostic. Avec quelques modifications, elle pourrait également être utilisée dans des bioréactions. ."
A l'avenir, le groupe envisage d'adapter les capteurs à d'autres applications. Par exemple, selon l'application, les capteurs pourraient être rendus plus stables grâce à ce que l'on appelle des défauts quantiques. "Cela serait particulièrement avantageux si vous souhaitez non seulement mesurer dans des solutions aqueuses simples, mais également suivre des réactions enzymatiques dans des environnements complexes avec des cellules, dans le sang ou dans un bioréacteur lui-même", explique Sebastian Kruss, professeur de chimie physique à Université de la Ruhr à Bochum et responsable du groupe Attract Biomedical Nanosensors au Fraunhofer IMS.
Plus d'informations : Justus T. Metternich et al, Amplification du signal et traduction proche infrarouge des réactions enzymatiques par nanocapteurs, Angewandte Chemie International Edition (2023). DOI:10.1002/anie.202316965
Fourni par Ruhr-Universitaet-Bochum
