Onderzoekers ontwikkelen nieuwe DNA-biosensor voor vroege diagnose van baarmoederhalskanker

Molybdeendisulfide (MoS₂) heeft onlangs de aandacht getrokken van onderzoekers op het gebied van materiaalwetenschappen vanwege zijn vermogen om tweedimensionale nanosheets zoals grafeen te vormen. De nanosheets worden gecreëerd door het stapelen van S – Mo – S-lagen die op elkaar inwerken via Van der Waals-interacties.

Bovendien zijn er de unieke structurele, optische, thermische en elektrochemische eigenschappen van MoS₂ hebben meerdere onderzoeksmogelijkheden op verschillende gebieden geopend, waaronder de ontwikkeling van platforms voor het detecteren van biomoleculen en chemische detectie, opto-elektronica, supercondensatoren en batterijen.

Traditioneel worden koolstofnanostructuren gebruikt als immobilisatieplatform voor DNA. Om koolstof te vervangen door MoS₂ als een effectieve elektrochemische DNA-sensor, de elektrische geleidbaarheid van MoS₂ moet aanzienlijk worden verbeterd.

Tegen deze achtergrond hebben universitair hoofddocent Eunah Kang en de heer Youngjun Kim van de School of Chemical Engineering and Material Science aan de Chung-Ang Universiteit in Korea onlangs een elegante oplossing bedacht. Het duo heeft een elektrochemische DNA-biosensor ontwikkeld met behulp van een grafiet nano-ui/molybdeendisulfide (MoS₂) nanosheet-composiet, dat effectief humaan papillomavirus (HPV) -16 en HPV-18 detecteert, en kan dienen als een vroege diagnose van baarmoederhalskanker.

“Nano-uien bezitten grafietachtige sp₂ structuren en zijn afgeleid van kristallijne sp₃nanodiamanten via thermisch gloeien of laserbestraling”, legt Dr. Kang uit. Hun doorbraak was gepubliceerd in de Tijdschrift voor Nanobiotechnologie.

Het onderzoekersduo bereidde het nieuwe elektrode-oppervlak voor voor het onderzoeken van DNA-chemisorptie door chemische conjugatie tussen twee functionele groepen mogelijk te maken: acylbindingen op de oppervlakken van gefunctionaliseerde nano-uien en aminegroepen aanwezig op de gemodificeerde MoS₂ nanobladen.

Cyclische voltammetrie-experimenten onthulden dat een 1:1 composietelektrode een verbeterde rechthoekige vorm had vergeleken met die van een MoS₂ nanosheet-elektrode. “Dit duidde op de amorfe aard van de nano-uien met gebogen koolstoflagen die een verbetering van de elektronische geleidbaarheid mogelijk maakten in vergelijking met MoS₂ alleen nanosheet”, benadrukt Dr. Kang.

Bovendien mat het duo de gevoeligheid van hun nieuwe elektrochemische DNA-biosensor voor HPV-16 en HPV-18 door gebruik te maken van differentiële pulsvoltametrie (DPV) in aanwezigheid van methyleenblauw (MB) als redoxindicator. Dr. Kang zegt: “De DPV-stroompiek werd verlaagd na chemisorptie van probe-DNA en hybridisatie van doel-DNA. Omdat het gehybridiseerde DNA dubbelstrengig was, induceerde het minder effectieve MB-elektrostatische intercalatie, wat resulteerde in een lagere oxidatiepiek.”

Dat vond het duo, vergeleken met het MoS₂ nanosheet-elektrode, de nano-ui/MoS₂ De nanosheet-composietelektrode bereikte hogere stroompieken, wat wijst op een grotere verandering in de differentiële piek. Dit werd toegeschreven aan een verbeterde geleidende elektronenoverdracht dankzij de nano-ui.

Met name de doel-DNA’s geproduceerd uit HPV-16- en HPV-18 Siha- en Hela-kankercellijnen werden effectief en met hoge specificiteit door de voorgestelde sensor gedetecteerd. Bijgevolg MoS₂ Nanosheets met verbeterde elektrische geleidbaarheid, mogelijk gemaakt door complexering met nano-uien, bieden een geschikt platform voor het ontwikkelen van effectieve en efficiënte elektrochemische biosensoren voor de vroege diagnose van een breed scala aan aandoeningen, waaronder baarmoederhalskanker.

Bovendien kan het combineren van nano-uien of nanodiamanten met verschillende organische biomaterialen de chemische functionaliteit, de geleidbaarheid van elektronenoverdracht, lichtabsorptie en meer vergemakkelijken. Deze kunnen op hun beurt leiden tot innovatieve ziektedetectie, gerichte systemen voor medicijnafgifte en biomedische beeldvorming en diagnostiek.