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Le graphène froissé peut être utilisé pour fabriquer un détecteur d'ADN de cancer ultra-sensible

Des scientifiques de l'Université de l'Illinois ont démontré que le graphène froissé peut améliorer les biocapteurs à base de graphène, augmentant ainsi leur sensibilité à l'ADN de dix mille. L'innovation pourrait conduire à une nouvelle approche pour les biopsies liquides, facilitant la détection précoce et précise du cancer.

ADNCrédits image: milliards de photos / Shutterstock.com

Détection du cancer à partir d'échantillons de sang

L'équipe est optimiste que le graphène froissé sera utile à un large éventail d'applications de biodétection, changeant le visage du diagnostic médical. Publié dans la revue Nature Communications cette semaine, la nouvelle étude montre comment le froissement du graphène bidimensionnel crée des points chauds électriques, améliorant sa sensibilité, une innovation qui a prouvé qu'elle améliorait la vitesse de détection du cancer à partir de l'ADN.

L'approche est capable de détecter des molécules qui agissent comme des marqueurs de la maladie à des concentrations ultra-faibles, ce qui est vital pour un diagnostic précoce. Les résultats ont montré que cette méthode est non seulement sensible et efficace, mais également économique et rapide, ce qui la rend hautement adoptable en milieu clinique.

Certaines séquences d'acides nucléiques deviennent surexprimées lorsqu'une personne a un cancer. Pendant de nombreuses années, les scientifiques ont conçu des méthodes de diagnostic du cancer en détectant ces séquences d'acide nucléique spécifiques dans l'ADN et l'ARN qui sont des marqueurs de la maladie, cependant, la méthode avait été limitée en raison de la nécessité de volumes importants à échantillonner et de grandes quantités de temps et d'argent pour effectuer le séquençage.

Ce qui est passionnant dans l'approche innovante de l'Université de l'Illinois, c'est que leur capteur peut détecter de petites quantités de séquences d'acide nucléique caractéristiques à partir de petites quantités de sérum sans nécessiter de traitement supplémentaire.

Augmentation de l'interaction ADN-graphène

Depuis que les scientifiques ont isolé le graphène bidimensionnel pour la première fois, une seule couche d'atomes de carbone, en 2004, la recherche a exploré et découvert ses nombreuses applications. Le matériau a des propriétés incroyables, il est solide mais flexible, avec une conductivité électrique et une stabilité chimique élevées.

Bien qu'il ait été adopté pour une utilisation dans des capteurs électroniques en raison de sa rentabilité dans ce domaine, les capteurs d'acide nucléique ont été auparavant limités en raison de la nécessité du processus d'amplification long et sujet aux erreurs, où des fragments d'ADN ou d'ARN sont isolé et répliqué.

L'équipe basée dans l'Illinois était motivée pour créer une solution où un capteur de graphène pourrait tester un échantillon sans avoir besoin d'amplification d'ADN.

Auparavant, d'autres équipes ont développé des approches qui ont réussi à améliorer les propriétés du graphène en créant des nanostructures spécialement conçues. Au lieu de concevoir des structures soigneusement pensées, l'équipe a simplement ajouté du graphène sur une fine feuille de plastique étiré et a relâché la tension, provoquant la déformation de la structure.

Ce graphène froissé a ensuite été testé pour déterminer sa sensibilité à la détection d'ADN et de microARN liés au cancer dans le sang humain non dilué et dans une solution tampon. Les résultats ont montré que le graphène froissé était dix mille fois plus sensible que le graphène plat. En fait, l'équipe a enregistré la sensibilité la plus élevée jamais trouvée pour la détection électrique d'une biomolécule.

Pour conclure pourquoi le graphène froissé était si sensible, l'équipe a étudié ses propriétés électriques et ses interactions avec l'ADN à l'aide de simulations informatiques avancées.

Ils ont révélé que les cavités créées par le froissement du matériau agissaient comme des points chauds électriques, attirant et piégeant les molécules d'ADN et d'ARN à l'intérieur, entraînant une augmentation des interactions entre l'ADN / ARN et le graphène, améliorant sa sensibilité. De plus, la sensibilité du graphène a été encore augmentée lorsque le froissement a modifié ses propriétés électriques, augmentant sa sensibilité aux charges électriques de l'ADN et de l'ARN.

Développer une nouvelle méthode de diagnostic

À l'avenir, les scientifiques impliqués dans le projet visent à créer un appareil qui pourrait détecter des molécules dans seulement quelques gouttes de sang, d'une manière similaire à la façon dont les gens mesurent leur glycémie. Cela permettrait de prendre des mesures des biomarqueurs du cancer rapidement et en tout lieu étant donné leur portabilité.

La source:

Le graphène froissé fait un détecteur d'ADN de cancer ultra-sensible. Eurekalert. Disponible sur: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-03/uoia-cgm032320.php

Référence de la revue:

Hwang, M.T., Heiranian, M., Kim, Y. et al. (2020). Détection ultrasensible d'acides nucléiques à l'aide de biocapteurs à effet de champ à canaux de graphène déformés. Communications de la nature. DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-020-15330-9

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