Til hovedinnhold

SINTEF-forskerne Ib-Rune Johansen (t.v.), Michal Mielnik og Jon Olav Grepstad mener de har vært med på å utvikle "den ultimate biosensoren"- basert på det fremste av nanoteknologi.

et finnes flere hundre proteiner i blodet som kan gi et bilde av allmenntilstanden vår – og gi informasjon om både hjertetilstand og eventuell kreftsykdom.

Når vi i dag tar en blodprøve på legekontoret med "full sjekk", kan den analyseres bare for fem-seks indikatorer – som blodprosent, blodsukker og infeksjoner. For andre testresultater må prøven sendes til et sentralt laboratorium for analyse. Da tar det gjerne en ukes tid før svaret kommer.

 

Forbedret følsomhet
For fire år siden startet et samarbeid mellom SINTEF, Stanford University i USA og Universitetet i Oslo (UiO).

Målet var å lage en sensor som kunne forbedre følsomheten en million ganger, slik at de enkelte partiklene i blod kunne måles;  deriblant proteiner i ekstremt lave konsentrasjoner og DNA- og RNA (ribonukleinsyre) -molekyler.

Arbeidet har pågått siden da  – for interne midler fra konsernsatsingen Medical ACTION i SINTEF, statlige midler (SIP) og med drahjelp fra både NTNU, Universitetet i Bergen (UiB), det tyske forskningskonsernet Fraunhofer og Universitetet i Zurich. Forskerne har også dratt nytte av den norske laboratorieklyngen NorFab.

Resultatet er en ny nano-partikkelsensor som har sett dagens lys ved MiNaLab i Oslo.



Fotonisk krystall

Sensoren er en tynn silisiummembran – omtrent tre hundre ganger tynnere enn et hårstrå. Den er perforert med hundrevis av små hull i et regulært mønster.

– Slike strukturer kalles fotoniske krystaller. De samme strukturene finnes naturlig på enkelte sommerfuglvinger, forteller Ib-Rune Johansen ved SINTEF IKT. I likhet med kollegene Jon Olav Grepstad og Michal Mielnik mener han de ikke tar for hardt i når de hevder at dette er "den ultimate bio-sensoren – basert på det fremste av nanoteknologi".



Stjernelys

Krystallet har den egenskap at det forsterker deler av lysspekteret.

–  Når vi ser etter partikler i blodprøver, belyser vi det fotoniske krystallet fra baksiden. Slik kan vi bygge opp lysintensiteten mange hundre ganger inne i membranen. Krystallet er lystett; alt lys reflekteres og ingenting slipper gjennom. Avbildet fra baksiden, blir krystallet derfor som en svart nattehimmel. Men hver partikkel som fanges, blir hengende i hull i membranen og lager en lyslekkasje som ser ut som en stjerne, sier Johansen.

– Gjennombruddet vårt kom med denne muligheten til å se de bittesmå partiklene, forklarer han.

Illustrasjonen viser hvordan blodprøven trekkes gjennom det fotoniske krystallet. "De riktige" proteinene fanges så opp i hullene i membranen og blir raskt analysert. (Ill: SINTEF IKT)



Tidlige kreftdiagnoser

I dag måler legelaboratorier proteiner når det er ubalanse i kroppen, slik tilfellet er blant annet ved infeksjoner. Den nye sensoren kan gå langt videre i analysene.

Kjemikere ved SINTEF jobber med å feste reseptorer på veggen i hvert av hullene i membranen (biofunksjonalisering). Når blod pumpes gjennom, fanger reseptorene opp helt spesifikke molekyler, alt etter hva man leter etter.

Fordi sensoren/membranen har veldig mange hull, kan mange proteiner bestemmes. Dermed kan sykdommer som for eksempel prostatakreft og
eggstokkreft avsløres svært tidlig i et sykdomsforløp. 


To utfordringer overvunnet

Arbeid med biosensorer innebærer to utfordringer: Den ene består i å gjøre sensorene følsomme. . Den andre er å få dem til å måle kun det de skal måle. Sensorene må greie å se forskjell på to partikler og plukke ut de spesifikke proteiner man ser etter (spesifisitet).

SINTEF-forskerne har forbedret følsomheten en million ganger i forhold til vanlige sensorer. I dag kan de måle partikler ned til 20 nanometer.

– En rekke proteiner som er aktuelle innen diagnostikk ligger i dette størrelsesområdet, men det finnes også mange som er mindre. Per i dag kan vi detektere de store proteinene enkeltvis. Mindre proteiner kan også detekteres, men ikke enkeltvis, dvs. vi trenger flere proteiner før de kan oppdages med sensoren vår.

-Målet er imidlertid å perfeksjonere sensorens arkitektur slik at vi på sikt også klarer å detektere de minste proteinene enkeltvis, forteller Michal Mielnik.

Forskerne har også funnet en metode for høy spesifisitet i tillegg til den eksepsjonelle følsomheten. Begge oppdagelsene er patentsøkt.

 

Følsomt– og billig.
 – Vi er veldig optimistiske. Til nå har vi klart oss uten mye støtte. Men mye forskning gjenstår. For å nå ut med et industriprodukt, vil vi trenge drahjelp fra både Forskningsrådet og EU, mener Ib-Rune Johansen.

I løpet av høsten vil det kjøres kunstige blodprøver gjennom membranen, og til våren skal det kjøres tester med proteiner fra eggstokkreft.

En av de aller beste nyhetene, er at "verktøyet", som vil bestå av en sensor/membran, en lyskilde og et helt vanlig kamera som i dag brukes i mobil og pc, bare vil koste noen få tusenlapper å anskaffe for et legekontor.

I tillegg til den medisinske sensasjonen, gir sensoren uante muligheter når det gjelder å telle opp og sette grenser for skadelige nanopartikler i naturen. Det vil bli mulig å overvåke både vann-, luft – og matkvalitet.

AV ÅSE DRAGLAND