Biosensor meet de concentratie van moleculen in biologische monsters voor biomedische, milieu- en industriële toepassingen, en idealiter zouden ze voortdurend realtime gegevens leveren. De continue monitoring van kleine moleculen bij lage concentraties is echter problematisch. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben een innovatieve sensortoepassing ontwikkeld op basis van moleculaire look-alikes. Dit zou een hele belangrijke ontwikkeling kunnen zijn voor toekomstige biosensoren voor het monitoren van gezondheid en ziekte.
Het onderzoeksgebied van biosensoren heeft een rijke en inventieve geschiedenis. Leland C. Clark Jr., die begin jaren zestig een sensor ontwierp om zuurstof in het bloed te meten, wordt door velen gezien als de “vader van de biosensoren”.
Maar, zoals bij pionierswerkzaamheden, begon het niet zoals hij had gehoopt. Zijn eerste sensorontwerpen mislukten omdat de bloedcomponenten de sensor-elektrode beïnvloedden.
De oplossing van Clark was om de elektrode en het bloed te scheiden door een cellofaanwikkelaar van een pakje sigaretten, wat de oplossing bleek te zijn die nodig was om op betrouwbare wijze zuurstof in het bloed te meten. Een uitstekend voorbeeld van creatief en innovatief zijn in het laboratorium!
Fast forward naar 2020, en onderzoekers van de afdelingen Biomedische Technologie en Toegepaste Natuurkunde van de TU/e laten een vergelijkbare inventiviteit zien als het gaat om het detecteren van interessante moleculen met een lage massa.
In een artikel dat gepubliceerd werd in ACS Sensors, tonen Junhong Yan, Menno Prins, en collega’s een nieuwe aanpak op basis van biosensing by particle mobility (BPM). Hierdoor is het mogelijk om voortdurend de concentratie van interessante moleculen met een lage massa te meten in biologische monsters.
“Onze aanpak vormt een platform voor toekomstige biosensoren om continu de markers te meten die verband houden met persoonlijke gezondheidsaandoeningen zoals nier- of leverfalen,” zegt Yan.
Biosensoren 101
Bestaande biosensoren geven doorgaans een enkel meetresultaat van een enkel biologisch monster. Het monster kan bloed, zweet, urine of speeksel zijn, en het resultaat kan het niveau van een eiwit, een hormoon, een geneesmiddel of een virus in het monster zijn.
Het zou echter beter zijn als sensoren een ononderbroken stroom van gegevens produceren, in plaats van slechts één enkel gegevenspunt, want dan zou een individu kunnen volgen hoe een medische aandoening zich in de loop van de tijd ontwikkelt.
De enige continue biosensor die momenteel in de handel verkrijgbaar is, is de Continuous Glucose Monitor (CGM) die continu glucose in interstitieel huidvocht meet, wat zeer nuttig is voor mensen met diabetes. Helaas kunnen andere moleculen dan glucose nog niet continu worden gemeten. Dit biedt een belangrijke kans voor sensorinnovatie!
Elke biosensor bestaat uit drie hoofdonderdelen – een moleculaire component die een bioreceptor bevat die zich kan binden aan het interessante molecuul, een transducerend component dat de moleculaire herkenning omzet in een detecteerbaar signaal, en een detectiesysteem dat het signaal registreert en de output presenteert als een getal, grafiek, geluid of lichtaanduiding, die gemakkelijk door de gebruiker kan worden geïnterpreteerd.
“In dit werk hebben we ons gericht op het eerste deel – het bedenken van een moleculair component om continu interessante moleculen met een lage moleculaire massa en lage concentratie te meten”, zegt Prins.
