Elektrokemisk sensor spanar in i cellen

Mänskliga fettceller är mjuka, plastiska och stora - i nanoperspektiv. En glasprob med en nanotråd i zinkoxid på yttersta spetsen kan därför stickas in i en cell och spana efter exempelvis glukos. Resultatet går direkt, via mobiltelefonen, till din läkare.

Det låter som science fiction, men är faktiskt dagens verklighet. Det är Muhammad Asif, institutionen för naturvetenskap och teknik på LiU, som i sin avhandling visar att det är fullt möjligt att ta sig in i en enskild mänsklig cell med ett tunt instrument, en glasprob. Låter man sedan nanotrådar av zinkoxid växa på spetsen så behövs det bara ett enzym för att få fram en perfekt elektrokemisk biosensor med vars hjälp man kan snoka runt efter olika ämnen i cellen, exempelvis glukos.

Möjligheten att utveckla och bygga olika nanostrukturer av zinkoxid öppnar nu för att ta fram en rad billiga, snabba och känsliga biosensorer, visar Muhammad Asif.

Zinkoxiden joniseras mycket lätt. Man väljer därför att tillsätta ett enzym som reagerar på glukos så att det uppstår en elektron. Zinkoxiden joniseras då, blir negativt laddad, och det uppstår en fullt mätbar potentialskillnad. Via mobiltelefonen kan sedan signalen sändas till läkarmottagningen.

Vill man använda sensorn för att detektera joner använder man sig istället av ett membran som bara släpper igenom de joner man vill detektera. Om en jon slinker igenom uppstår en potentialskillnad.

Tekniken kan ge nya möjligheter att förstå sig på och behandla den allt vanligare sjukdomen diabetes. Insulinet påverkar nämligen upptaget av glukos i cellen och med nanoteknikens hjälp kan också reagenser injiceras som antingen stoppar eller aktiverar signalöverföringen av glukos.

En tredje medicinsk användning är att nanostrukturen bär med sig något ämne som behövs för att bekämpa cancer in i cellen.

Muhammad Asif konstaterar i sin avhandling att den elektrokemiska biosensorn byggd på zinkoxid utan tvekan fungerar: glukoskoncentrationer och molekyl- eller jonkoncentrationer som mätts upp med ZnO-sensorer, är de samma som mätts med annan indirekt teknik.

Att Muhammad Asif och de övriga i professor Magnus Willanders forskargrupp har valt att studera just zinkoxid, beror på att ämnet har en rad goda egenskaper: Zinkoxid är en halvledare och den är också piezoelektrisk, det vill säga att mekaniskt arbete omvandlas till elektricitet. Det är katalytiskt, biokompatibelt och går att växa på en mängd olika material. Nanostrukturer av zinkoxid har därför en mängd olika användningsområden inom optronik, sensorer, energialstring med flera.

Muhammad Asifs avhandling har titeln Zinc Oxide Nanostructure Based Electrochemical Sensors and Drug Delivery to Intracellular Environments, Institutionen för teknik och naturvetenskap, Linköpings universitet. Han försvarar sin avhandling den 2 september.

Den 26 augusti doktorerade också Naveed ul Hassan Alvi med en avhandling om vita lysdioder tillverkade av nanostrukturer i zinkoxid och fler avhandlingar kommer från Magnus Willanders forskargrupp under hösten.
Här finns artikeln om lysdioderna och zinkoxiden. 

Monica Westman Svenselius 2011-08-30