I cambiamenti che avvengono a livello di tessuti e organi possono essere descritti da variazioni di segnali elettrochimici. Le ferite – che siano chirurgiche o da trauma o da decubito – possono faticare a guarire oppure infettarsi, e ognuno di questi eventi è associato a cambiamenti elettrochimici.
Un team di ricerca della Northwestern University ha sviluppato transistor in gradi di amplificare di mille volte i segnali creati da sensori elettrochimici. Questi strumenti potrebbero facilitare lo sviluppo di sensori impiantabili e molto sensibili, in grado di individuare momento per momento i piccoli cambiamenti che si verificano nel corpo e di soppiantare i classici esami del sangue e altre indagini di laboratorio.
Fino a oggi una delle sfide da affrontare era proprio riuscire a misurare i segnali elettrochimici del corpo, che sono sempre deboli.
Jonathan Rivnay, uno degli ideatori della nuova tecnologia, spiega: «se riuscissimo a misurare i segnali biochimici del corpo con dei nostri sensori, potremmo incorporarli nelle tecnologie indossabili, o negli impianti, senza necessitare di tecnologie costose e riducendo l’onere per i laboratori di analisi».
I ricercatori hanno incorporato il transistor di potenziamento del segnale in un sensore elettrochimico, basato su un aptamero, ovvero singoli filamenti di DNA che possono legarsi a molecole bersaglio nel corpo: quando ciò avviene, cambiano forma, influenzando il segnale elettrochimico del sensore di cui sono parte.
A questa struttura, già sperimentata in passato, è stato aggiunto sottili elettrodi che servono per stabilizzare il segnale. Gli elettrodi sono 3: uno i oro che lavora e rileva i cambiamenti; uno di riferimento, on-chip, fatto di Argento e Cloruro di Argento; un controelettrodo fatto di Poly(3,4-etilenediossitiofene)-poly(stirenesulfonato).
Il prototipo è stato testato con il Transforming Grow Factor-beta1 (TGF-β1): in sua assenza l’aptamero presenta una conformazione che avvicina la componente riducente alla superficie in oro, il che si traduce nella capacità dell’elettrodo di condurre molta corrente.
Se si introduce il TGF-β1 aptamero modifica la propria conformazione e allontana la sostanza riducente dalla lastra d’oro… e la corrente condotta si riduce. Una variazione chimica nell’intorno del sensore può essere rilevata come differenza di conduzione elettrica.
«Si tratta di un approccio che può avere ampie e varie applicazioni», spiega Rivnay. «Il nostro obiettivo è utilizzare questo metodo per dare senso ai cambiamenti del corpo e fornire le risposte adeguate».
(Lo studio: Ji, X., Lin, X. & Rivnay, J. Organic electrochemical transistors as on-site signal amplifiers for electrochemical aptamer-based sensing. Nat Commun 14, 1665 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-37402-2)
