麻省理工学院的化学工程师利用一种称为分子自组装的方法，构建了三维阵列的抗体，这些抗体可以用作传感器来诊断诸如疟疾或结核病等疾病。

这些传感器包含多达100个堆叠的抗体层，与现有的仅具有单层抗体的基于抗体的传感器相比，灵敏度更高。

麻省理工学院化学工程副教授布拉德利·奥尔森说：“您在表面上放置的抗体越多，可以检测到的分子浓度就越低。”“通过潜在地将灵敏度提高几个数量级，可以对生物传感器产生重大影响。”

奥尔森(Olsen)是该研究的资深作者，该研究发表在Angewandte Chemie杂志上。该论文的主要作者是麻省理工学院的博士后董学慧，前博士后艾莉·奥伯麦耶(Allie Obermeyer)也是作者。

分层组装

该团队的新设计方法依赖于一种称为自组装的现象，这种现象是在热力学相互作用推动分子构件采取某些构型时发生的。

在这种情况下，研究人员发现他们可以通过将每种蛋白质附着到聚合物尾巴上来迫使抗体和其他蛋白质形成层。蛋白质和聚合物相互排斥，因此分子将自身排列成一种结构，从而使蛋白质和聚合物片段之间的相互作用最小化。

“由于蛋白质和聚合物结合在一起，它们无法像油和水一样分离。它们只能彼此分开一个分子大小的距离。”奥尔森说。“如果在三个维度上执行此操作，则将得到被聚合物包围的蛋白质圆柱体，或蛋白质和聚合物交替层的东西。”

奥尔森和他的同事们将每种蛋白质附着在一条称为PNIPAM的聚合物链上。当他们将这些分子的溶液涂覆到表面上时，这些分子形成了包含10到100层蛋白质-聚合物结构的薄膜。

提高灵敏度

几年前，奥尔森(Olsen)和他的同事表明，他们可以使用这种技术来创建纳米结构的简单蛋白质阵列，包括绿色荧光蛋白和称为mCherry的红色荧光蛋白。这项成功使他们开始探索是否也可以创建更大的蛋白质阵列，例如抗体。

“ [抗体] IgG具有复杂的结构，”奥尔森说，“具有以非常精致的方式折叠在一起的四个不同分子。”

在表面上产生大量抗体的传统方法是将其化学或物理结合到表面上。但是，这种技术只能产生单层抗体。热力学原理认为，表面上存在的抗体分子越多，它们可以检测到的分子浓度就越低。因此，将抗体层堆叠在一起可以显着提高传感器的灵敏度。

研究人员使用他们新的自组装策略，创建了三维阵列的IgG抗体，这是人体血液中发现的主要抗体类型。这些密集排列的阵列的灵敏度可能是现有抗体传感器的100倍，还具有纳米级通道，可让样品轻松流过整个传感器。

“通过控制抗体的位置和密度，与目前随机放置抗体的方法相比，这种方法将为更高灵敏度的诊断开辟道路，”沃里克大学化学教授马修·吉布森说。参与研究。“该出版物代表了原理证明，但是所使用的方法用途广泛，可应用于大多数抗体，我希望这项工作将在该领域产生重大影响。”