Field-Effect Transistor Biosensoren leveren hoge gevoeligheid en realtime detectie voor gezondheidszorg, voedselveiligheid, en milieu monitoring

De vraag naar gevoelige en selectieve elektronische biosensoren — analytische apparaten die een interesse-doel in realtime monitoren — groeit voor een breed scala aan toepassingen. Ze zijn ideaal voor gezondheidszorg binnen klinische settings, medicijnontdekking, voedselveiligheid en kwaliteitscontrole, en milieu monitoring.

Elektronische biosensoren zijn aantrekkelijk vanwege hun eenvoud, korte analysetijd, lage fabricagekosten, minimaal monstervoorbereiding, en potentieel om in het veld gebruikt te worden door ongetrainde personeel.

Onderzoekers van de Vrije Universiteit Bozen-Bolzano en ETH Zürich hebben wetenschappelijke vooruitgang van electrolyte-gated koolstofnanobuizen field-effect transistor (EG-CNTFET) biosensoren gereviewd. Deze apparaten worden gekenmerkt door superieure elektronische eigenschappen en intrinsieke signaalversterking, en zijn in staat om een breed scala aan biomoleculen met hoge gevoeligheid te detecteren.

Een van de hoofcomponenten van een biosensor is zijn biorecognitie element — zoals enzymen, antilichamen, aptamers, of ion-selectieve membranes — wat selectief het analyte (een stoffe wiens chemicaliën gemeten en geïdentificeerd worden) van belang herkent. Biotransductie apparaten converteren de interactie tussen het biorecognitie element en analyte in een meetbaar elektrisch signaal.

"Biosensoren die (field-effect transistors) als biotransductie elementen gebruiken zijn een van de meest veelbelovende apparaten voor biosensing toepassingen, omdat ze al hoge gevoeligheden getoond hebben voor diverse analytes tot picomolaire concentratie," zei Mattia Petrelli, van de Vrije Universiteit Bozen-Bolzano. "Onder alle mogelijke materialen die gebruikt kunnen worden voor FET-gebaseerde biosensoren, zijn halfgeleidende koolstofnanobuizen interessant, omdat ze gunstige elektrische en chemische eigenschappen hebben."

Door deze biosensoren te organiseren met verschillende biorecognitie elementen, "is het mogelijk om selectieve detectie van verschillende analytes te bereiken, zoals biomoleculen, kanker biomarkers, bacteriën, en ionen om er maar een paar te noemen," zei Petrelli. "Ondanks rapporten die het potentieel van deze biosensoren voor real-world toepassingen aantonen, moeten uitdagingen overwonnen worden voordat ze commercieel beschikbaar zijn."

EG-CNTFET-gebaseerde biosensoren zijn momenteel alleen in staat om één analyte tegelijk te detecteren. Verschillende interfaces binnen complexe media, zoals bloed, zweet, of speeksel, maken detectie van specifieke signalen ook uitdagend.

"Dit beperkt de toepasbaarheid van deze biosensoren voor real-life toepassingen," zei Petrelli. "De selectiviteit van het apparaat moet zorgvuldig geëvalueerd worden tegen alle mogelijke interfererende agenten, met name binnen complexe detectieomgevingen. Eenmaal deze uitdagingen aangepakt, kunnen we deze biosensoren voor diverse toepassingen in de nabije toekomst geïmplementeerd zien."