Biosenseurs à transistor à effet de champ : haute sensibilité et détection en temps réel pour santé, sécurité alimentaire et surveillance environnementale

La demande pour des biosenseurs électroniques sensibles et sélectifs — dispositifs analytiques qui surveillent une cible d'intérêt en temps réel — croît pour une large gamme d'applications. Ils sont idéaux pour les soins de santé dans les milieux cliniques, la découverte de médicaments, la sécurité et le contrôle de la qualité alimentaires, et la surveillance environnementale.

Les biosenseurs électroniques sont attrayants en raison de leur simplicité, temps d'analyse court, faible coût de fabrication, préparation d'échantillon minimale, et potentiel d'utilisation sur le terrain par du personnel non formé.

Des chercheurs de l'Université libre de Bozen-Bolzano et de l'ETH Zurich ont examiné les avancées scientifiques des biosenseurs à transistor à effet de champ à nanotubes de carbone à grille électrolytique (EG-CNTFET). Ces dispositifs sont caractérisés par des propriétés électroniques supérieures et une amplification de signal intrinsèque, et sont capables de détecter une large gamme de biomolécules avec une haute sensibilité.

L'un des principaux composants d'un biosenseur est son élément de bio-reconnaissance — tel que des enzymes, anticorps, aptamères, ou membranes sélectives d'ions — qui reconnaît sélectivement l'analyte (une substance dont les produits chimiques sont mesurés et identifiés) d'intérêt. Les dispositifs de biotransduction convertissent l'interaction entre l'élément de bio-reconnaissance et l'analyte en un signal électrique mesurable.

« Les biosenseurs utilisant (transistors à effet de champ) comme éléments de biotransduction sont l'un des dispositifs les plus prometteurs pour les applications de biosensibilisation, car ils ont déjà démontré de hautes sensibilités向 plusieurs analytes jusqu'à des concentrations picomolaires », a déclaré Mattia Petrelli, de l'Université libre de Bozen-Bolzano. « Parmi tous les matériaux possibles qui peuvent être utilisés pour les biosenseurs basés sur FET, les nanotubes de carbone semi-conducteurs sont intéressants, car ils ont des propriétés électriques et chimiques favorables. »

En organisant ces biosenseurs avec différents éléments de bio-reconnaissance, « il est possible d'atteindre une détection sélective de différents analytes, tels que biomolécules, biomarqueurs de cancer, bactéries, et ions pour n'en nommer que quelques-uns », a déclaré Petrelli. « Malgré les rapports démontrant le potentiel de traduction de ces biosenseurs vers des applications réelles, des défis doivent être surmontés avant qu'ils ne soient commercialement disponibles. »

Les biosenseurs basés sur EG-CNTFET sont actuellement capables de détecter seulement un analyte à la fois. Différentes interfaces au sein de milieux complexes, tels que le sang, la sueur ou la salive, rendent également la détection de signaux spécifiques difficile.

« Cela limite l'applicabilité de ces biosenseurs pour des applications réelles », a déclaré Petrelli. « La sélectivité du dispositif doit être soigneusement évaluée contre tous les agents interférents possibles, en particulier dans des environnements de détection complexes. Une fois ces défis relevés, nous pouvons envisager ces biosenseurs étant mis en œuvre pour des applications diverses dans un avenir proche. »