Sensor av grafen hittar farliga bakterier

Vid svår sjukdom orsakad av bakterier är det viktigt att snabbt sätta in rätt behandling och på så sätt rädda liv. Sjukhusen har stort behov av tidig, känslig och säker diagnostik för att veta vilken livshotande bakterie som patienten ska behandlas för.

Nu har forskare vid Chalmers tekniska högskola visat att grafenbaserade sensorer skulle kunna användas för diagnostiska snabbtest. Avgörande för att testen ska vara användbara inom vården är att de kan identifiera även en liten mängd bakterier i ett prov, på kortast möjliga analystid.

En av forskarna bakom studien, Santosh Pandit, vid institutionen för biologi och bioteknik, menar att fynden är ett genombrott för grafenbaserade sensorer.

– Vi har visat att konceptet fungerar, att man kan mäta signaler från olika bakterier. Grafen är extremt känsligt och ger signaler från enstaka små partiklar i mikrometerstorlek, till och med från utandningsluft, säger Santosh Pandit.

Grafen är ett nanomaterial med ett ultratunt skikt av kolatomer i ett enda lager. Det kallas ofta för supermaterial då det är både töjbart, flexibelt och extremt hårt.

I sensorn läggs grafen ovanpå ett skikt av kiseldioxid. Ytan är stor och mycket känslig. När bakterier växer i en biofilm på ett lager av grafen ändras resistensen i materialet och mätbara elektriska signaler uppstår. Två olika arter av sjukdomsframkallande bakterier ger olika signaler, då de har olika uppbyggnad av sin cellvägg. Dessa kan särskiljas i sensorn då bakterierna i biofilmen blir fler och fler.

För att öka känsligheten i en biosensor kan antikroppar, receptorer eller andra konstgjorda kemiska molekyler bindas in till ytan av grafen. Virus och bakterier kan då fångas in mer effektivt och färre organismer behövs för att ge en signal.

Detta ger också en möjlighet att specifikt leta efter de vanligaste sjukdomsframkallande bakterierna vid en viss infektion eller sepsis. Forskarna undersöker nu ytstrukturer på ett flertal bakterier för att hitta de biomarkörer, proteiner och peptider i cellväggen som kan användas för att med hög säkerhet skilja mellan olika arter.

Förstudien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Sensors och visar att tekniken med en sensor av grafen är lovande och värd att vidareutveckla från den prototyp som nu använts.

– Om vi hittar en bra antikropp eller receptor för att fånga in ett hundratal bakterier i en lösning så borde det ge en tillräckligt stark signal i biosensorn. Men det är svårt att säga när det kommer att kunna användas i praktiken, säger Santosh Pandit.

Nu pågår arbetet med att få fram en mer avancerad biosensor i form av ett chip i det nystartade EU-projektet, PEST-BIN (pioneering strategies against bacterial infections). I framtiden kan dessa sensorer också användas för test av kroniska infektioner samt vid bakterieväxt på implantat och andra bakteriefria ytor. Det finns även andra användningsområden för grafensensorer – till exempel för att hitta biomarkörer vid olika typer av cancer.