Der Biosensor basiert auf kapazitiven mikromechanischen Ultraschallwandlern (CMUTs), die sich als vielversprechend für die Entwicklung miniaturisierter, leistungsstarker Biosensorplattformen erwiesen haben. Bisherige CMUTs stießen jedoch aufgrund ineffizienter Funktionalisierung, Aggregation und der Notwendigkeit einer externen Hochspannungsversorgung an ihre Grenzen.
Das Forscherteam meisterte diese Herausforderungen durch die Integration einer CMOS-Front-End-Schnittstelle mit Ethylenglykol-Alkanethiolen, die zur Funktionalisierung der Oberfläche der CMUTs verwendet wurden. Dieser Ansatz verbesserte die Selektivität der On-Chip-Hybridisierung erheblich, was durch die Fluoreszenz-Bildgebungstechnologie bestätigt wurde.
Die Ergebnisse der Studie zeigten eine Nachweisempfindlichkeit von 7,943 × 10-3 μmol∙ L-1∙Hz-1 über einen Konzentrationsbereich von 1 bis 100 μmol∙L-1. Die erfolgreiche Abscheidung von selbstorganisierenden Monoschichten auf Aluminiumelektroden unter Verwendung von Ethylenglykolalkanethiolen ist ebenfalls eine Premiere für die CMUT-Technologie, die die Selektivität des Biosensors weiter verbessert.
Die markierungsfreie Biosensortechnologie arbeitet unter trockenen Bedingungen und stellt einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der mikrofabrizierten CMUT-Arrays für die Gesundheitsdiagnostik dar.
"Mit seinem kompakten Design und seinem internen HV-Lieferanten verspricht dieser innovative Biosensor, den DNA-Nachweis zugänglicher und bequemer als je zuvor zu machen", so die Entwickler.
Die Implikationen dieser Forschung seien weitreichend und deuteten "auf das Potenzial einer vollständig integrierten On-Chip-DNA-Biosensorik mit CMUT-Technologie hin". Da der Wettlauf um eine stärker personalisierte Medizin immer mehr an Fahrt gewinne, seien "Fortschritte wie diese entscheidend für eine schnelle und genaue Diagnose und Überwachung von Krankheiten".
Der markierungsfreie Charakter des Biosensors reduziere auch die Kosten und die Komplexität, die mit herkömmlichen Markierungstechniken verbunden sind, "was ihn zu einer attraktiven Option für Point-of-Care-Anwendungen macht".
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