Los científicos han descubierto que al agrupar el grafeno en láminas arrugadas puede actuar como un detector altamente sensible para los biomarcadores de cáncer / Mohammad Heiranian
Con una excelente capacidad para conducir calor y electricidad, el grafeno promete encontrar aplicaciones en todo tipo de áreas. Y al arrugar las láminas de carbono de un átomo de espesor en superficies irregulares, los científicos esperan extender aún más sus increíbles propiedades. Un equipo de investigación de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ha descubierto una nueva y emocionante posibilidad para el llamado material de maravilla, descubriendo que puede servir como base de un biosensor ultrasensible para el diagnóstico temprano del cáncer.
Arrastrar el grafeno en un desorden arrugado en lugar de una hoja plana y ordenada es una técnica que están explorando los investigadores que persiguen una serie de nuevas tecnologías. Estos han incluido el uso de bolas arrugadas como componentes para mejores baterías , combinarlas con goma para formar músculos artificiales o agrupar bolas de grafeno arrugadas para el almacenamiento de energía de la próxima generación.
Lo que emociona al equipo de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign es el potencial del grafeno arruinado en aplicaciones de biosensores donde podría detectar enfermedades cuando otras herramientas de diagnóstico no pueden. Los científicos ven una promesa particular cuando se trata de encontrar biomarcadores sutiles para el cáncer que pueden esconderse en ácidos nucleicos como el ADN y el ARN, ya que nuestros métodos actuales para detectarlos tienen mucho margen de mejora.
«Cuando tienes cáncer, ciertas secuencias se sobreexpresan», explica Michael Hwang, el primer autor del estudio. «Pero en lugar de secuenciar el ADN de alguien, que lleva mucho tiempo y dinero, podemos detectar esos segmentos específicos que son biomarcadores de cáncer en el ADN y el ARN que se secretan de los tumores a la sangre».
Este avance se deriva de una nueva técnica que aumenta las propiedades electrónicas del grafeno. Anteriormente, los investigadores habían intentado hacer esto integrando pequeñas estructuras en el material, pero los científicos creen que han encontrado una mejor manera de avanzar.
El equipo simplemente extendió una delgada lámina de plástico y colocó el grafeno encima. Al liberar la lámina plástica tensa, el grafeno se contrae en una superficie arrugada, lo que crea cavidades que actúan como puntos calientes eléctricos con una capacidad mejorada para atraer y atrapar las moléculas de ADN y ARN.
«Cuando se desmorona el grafeno y se crean estas regiones cóncavas, la molécula de ADN encaja en las curvas y cavidades de la superficie, por lo que una mayor parte de la molécula interactúa con el grafeno y podemos detectarlo», dice el estudiante de posgrado Mohammad Heiranian, coprotagonista. autor del estudio. «Pero cuando tienes una superficie plana, a otros iones en la solución les gusta más la superficie que el ADN, por lo que el ADN no interactúa mucho con el grafeno y no podemos detectarlo».
Los investigadores demostraron esto en experimentos con ADN y microRNA relacionados con el cáncer contenidos tanto en una solución tampón como en suero humano sin diluir. Informan que el rendimiento del grafeno arrugado fue «decenas de miles de veces» mayor que el grafeno plano cuando se trataba de detectar las moléculas.
«Esta es la sensibilidad más alta jamás reportada para la detección eléctrica de una biomolécula», dice Hwang. «Antes, necesitaríamos decenas de miles de moléculas en una muestra para detectarla. Con este dispositivo, podríamos detectar una señal con solo unas pocas moléculas. Esperaba ver alguna mejora en la sensibilidad, pero no así ”.
Los investigadores dicen que el biosensor podría modificarse para detectar un rango de proteínas y moléculas pequeñas, dependiendo de los biomarcadores que quisieran buscar.
«Finalmente, el objetivo sería construir cartuchos para un dispositivo portátil que detectaría moléculas objetivo en unas pocas gotas de sangre, por ejemplo, en la forma en que se controla el azúcar en la sangre», dice el líder del estudio Rashid Bashir. «La visión es tener mediciones rápidamente y en un formato portátil».
La investigación del equipo fue publicada en la revista Nature Communications
Fuente: Universidad de Illinois
