p Biossensores baseados em grafeno podem inaugurar uma era de biópsia líquida, detectar marcadores de câncer de DNA que circulam no sangue ou soro de um paciente. Mas os designs atuais precisam de muito DNA. Em um novo estudo, O grafeno amassado o torna mais de dez mil vezes mais sensível ao DNA, criando "pontos quentes" elétricos, "pesquisadores da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign descobriram. p O grafeno amassado pode ser usado em uma ampla gama de aplicações de biossensor para diagnóstico rápido, disseram os pesquisadores. Eles publicaram seus resultados no jornal Nature Communications .

p "Este sensor pode detectar concentrações ultrabaixas de moléculas que são marcadores de doenças, o que é importante para o diagnóstico precoce, "disse o líder do estudo Rashid Bashir, professor de bioengenharia e reitor do Grainger College of Engineering em Illinois. "É muito sensível, é de baixo custo, é fácil de usar, e está usando o grafeno de uma maneira nova. "

p Embora a ideia de procurar sequências reveladoras de câncer em ácidos nucléicos, como DNA ou seu primo RNA, não é novo, este é o primeiro sensor eletrônico a detectar quantidades muito pequenas, tal como pode ser encontrado no soro de um paciente, sem processamento adicional.

p "Quando você tem câncer, certas sequências são superexpressas. Mas ao invés de sequenciar o DNA de alguém, o que leva muito tempo e dinheiro, podemos detectar os segmentos específicos que são biomarcadores de câncer no DNA e RNA que são secretados dos tumores para o sangue, "disse Michael Hwang, o primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no Holonyak Micro and Nanotechnology Lab em Illinois.

p Grafeno - uma folha plana de carbono com um átomo de espessura - é um popular, material de baixo custo para sensores eletrônicos. Contudo, Os sensores de ácido nucléico desenvolvidos até agora requerem um processo chamado amplificação - isolar um fragmento de DNA ou RNA e copiá-lo muitas vezes em um tubo de ensaio. Este processo é demorado e pode introduzir erros. Assim, o grupo de Bashir começou a aumentar o poder de detecção do grafeno a ponto de ser capaz de testar uma amostra sem primeiro amplificar o DNA.

p Muitas outras abordagens para impulsionar as propriedades eletrônicas do grafeno envolveram estruturas em nanoescala cuidadosamente elaboradas. Em vez de fabricar estruturas especiais, o grupo de Illinois simplesmente estendeu uma fina folha de plástico, coloquei o grafeno em cima dele, em seguida, liberou a tensão no plástico, fazendo com que o grafeno amasse e forme uma superfície enrugada.

p Eles testaram a capacidade do grafeno amassado de detectar DNA e um microRNA relacionado ao câncer em uma solução tampão e em soro humano não diluído, e viu o desempenho melhorar dezenas de milhares de vezes em relação ao grafeno plano.

p "Esta é a maior sensibilidade já relatada para a detecção elétrica de uma biomolécula. Antes, precisaríamos de dezenas de milhares de moléculas em uma amostra para detectá-la. Com este dispositivo, pudemos detectar um sinal com apenas algumas moléculas, "Disse Hwang." Eu esperava ver alguma melhora na sensibilidade, mas não assim. "

p Para determinar a razão desse aumento na potência de detecção, O professor de ciência mecânica e engenharia Narayana Aluru e seu grupo de pesquisa usaram simulações de computador detalhadas para estudar as propriedades elétricas do grafeno amassado e como o DNA interagia fisicamente com a superfície do sensor.

p Eles descobriram que as cavidades serviam como pontos elétricos, agindo como uma armadilha para atrair e reter as moléculas de DNA e RNA.

p "Quando você amassa o grafeno e cria essas regiões côncavas, a molécula de DNA se encaixa nas curvas e cavidades na superfície, então mais da molécula interage com o grafeno e podemos detectá-lo, "disse o estudante de graduação Mohammad Heiranian, um co-primeiro autor do estudo. "Mas quando você tem uma superfície plana, outros íons na solução gostam mais da superfície do que do DNA, então o DNA não interage muito com o grafeno e não podemos detectá-lo. "

p Além disso, amassar o grafeno criou uma tensão no material que mudou suas propriedades elétricas, induzindo um bandgap - uma barreira de energia que os elétrons devem superar para fluir através do material - que o tornou mais sensível às cargas elétricas nas moléculas de DNA e RNA.

p "Este potencial bandgap mostra que o grafeno amassado também pode ser usado para outras aplicações, como nano circuitos, diodos ou eletrônicos flexíveis, "disse Amir Taqieddin, um estudante de graduação e co-autor do artigo.

p Mesmo que o DNA tenha sido usado na primeira demonstração da sensibilidade do grafeno amassado para moléculas biológicas, o novo sensor pode ser ajustado para detectar uma ampla variedade de biomarcadores alvo. O grupo de Bashir está testando grafeno amassado em sensores para proteínas e também pequenas moléculas.

p "Eventualmente, o objetivo seria construir cartuchos para um dispositivo portátil que detectasse moléculas-alvo em algumas gotas de sangue, por exemplo, na forma como o açúcar no sangue é monitorado, "Bashir disse." A visão é ter medições rapidamente e em um formato portátil. "