צוות מחקר מ- USC-led טוען כי הוא הצליח לבצע שיפור ניכר בסוג חדש של חישנים אלקטרוניים לגילוי נגיפים וחומרים ביולוגיים אחרים – פיתוח שיוכל לשמש כתוספת יקרת-ערך במאבק כנגד מגיפות.
]
צוות מחקר מ- USC-led טוען כי הוא הצליח לבצע שיפור ניכר בסוג חדש של חישנים אלקטרוניים לגילוי נגיפים וחומרים ביולוגיים אחרים – פיתוח שיוכל לשמש כתוספת יקרת-ערך במאבק כנגד מגיפות. הגלאי מורכב ממקטע נוגדן סינתטי המעוגן לננו-תיל המחובר לבסיס חשמלי, כולם טבולים בנוזל.
כאשר החלבון, עימו הנוגדן מגיב, מצוי בנוזל, הוא נקשר לנוגדנים אלו תוך קבלה מיידית של קפיצת מתח חדה וברת-מדידה באמצעות הננו-תיל.
העיקרון הבסיסי של ביו-חיישנים לגילוי חלבונים באמצעות ננו-צינוריות וננו-תילים הודגם לראשונה בשנת 2001, אולם העיצוב החדיש של צוות המחקר בראשותם של החוקרים Zhongwu Chou ו- Mark Thompson מאוניברסיטת קליפורניה הדרומית מכיל שני רכיבים חדשים לחלוטין.
ראשית דבר, הגלאי החדיש מנצל את היתרון שבנוגדנים סינתטיים ביו-מהונדסים שהינם גרסאות הרבה הרבה יותר קטנות מהחומרים הטבעיים שתוכננו להיקשר באופן בלעדי לחלבונים ייחודיים, ורק אליהם.
שנית, הגלאי מכיל ננו-תילים של תחמוצת אינדיום (indium oxide, In2O3) במקום של צורן ושל חומרים אחרים שנבחנו קודם. תחמוצות מתכת, לפי מחקר חדש שפורסם בכתב-העת ACS Nano, אינן, בניגוד לצורן, מפתחות עם הזמן “שכבת תחמוצת מקומית מבודדת העלולה להפחית את הרגישות.”
התוצאה, כנטען במאמר, הינה התקן המסוגל לגלות את פרודות המטרה שלו בשיעור הרגישות הגבוה ביותר הקיים היום, באופן מהיר יותר וללא שימוש בכימיקלים נוספים. כמו-כן, הגלאי החדיש הינו זול יותר משמעותית מאלו הקיימים בשוק היום.
“אנו מאמינים,” כותבים החוקרים, “כי התקני ביו-חישה מבוססי ננו-תילים המכילים חלבונים מהונדסים…יוכלו להיות בעלי יישומים חשובים המתפרשים החל באבחון מחלות וכלה בתחומי ביטחון הפנים.”
בנוסף, המערכת יכולה להיות שימושית במחקר בסיסי, בסיוע בהבנתם של גורמים חשובים המשפיעים על מערכות ביולוגיות דו-רכיביות כגון הצמד נוגדן/חלבון המטרה.
מערכת אב-הטיפוס הצליחה לגלות את החלבון האופייני (n-protein) לנגיף הסארס המדובר (SARS, severe acute respiratory syndrome), שהיה אחראי להדבקתם של שמונת אלפי בני-אדם בשנים 2003-2002, תוך פטירתם של כעשרה אחוזים מהם, בסופו של דבר.
מערכות מסחריות המשתמשות במערכות ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) לגילוי הנגיף אומנם קיימות בשוק, אולם למערכת החדשה יש יתרונות עדיפים כגון חסכון בזמן, בעלות ובניידות.
השלב הראשון במחקר היה הסינתזה של הנוגדן המלאכותי שהכיל הן את האתר הפעיל שתוכנן להיקשר לחלבון והן את קצהו השני, “קרס” כימי, אשר אמור להיקשר לננו-תיל בנקודה זו בלבד. “גישה זו מאפשרת לכך שכל פרודת חישה המעוגנת למשטח תשמור על מלוא פעילותה – יתרון ברור אל מול נוגדנים אחרים, שברוב המקרים (בעיצובים של ביו-חיישנים קודמים) קשורים למשטח הננו-תיל באמצעות שיירי אמין הפזורים באופן אקראי על-גביי שטח הנוגדן.”
מעבדתו של החוקר Zhou, שהתמחתה בטכנולוגיות של ננו-תילים וננו-צינוריות מזה שנים, ביצעה את סידרת ההליכים המורכבת להכנת הננו-תילים, ובחינת התגובה הצפויה של הגלאי לנוכחות חלבוני הנגיף או להעדרם. התגובה הושלמה תוך פחות מעשר דקות, בהשוואה לשעות אחדות שנדרשו ממערכות ELISA, שבהן מתקבלת מדידה איכותית בלבד של נוכחות או העדר חומר המטרה ללא כל כימות ריכוזו. הצעדים הבאים במחקר מתמקדים בפיתוח יכולת חישה בסביבות מורכבות יותר, כגון סרום הדם או נוזל הדם כולו, ע”י שילוב הננו-ביוחישנים עם מיקרו-מערכות כגון שבבים מיקרו-נוזליים או מיקרו-מסננים.
