半导体上的蛋白结合可用电化学方法检测

  近日,德国海德堡大学的科学家与吉森大学的研究人员密切合作,首次成功的电化学检测到蛋白结合的半导体材料,这多亏了基于电荷差异而研发出的一种新的调查方 法。现在物理学家正在研究光学过程以实现在显微镜下检测和定位蛋白结合,这种方法将在医学研究和诊断领域具有新的应用。

  电化学检测蛋白结合的基础是实验室产生的生物膜,后者包含所谓的支持性脂质单分子膜——一种作为分子膜至关重要的建构单元的二维分子结构。研究人员将这 些膜放在半导体氮化镓(GaN)的纳米结构上,氮化镓因它的化学和电化学稳定性以及独特的光电子特性闻名(它是蓝光LED器件中的一种具有重要应用价值的 半导体)。科学家们利用电化学电荷传感器首次检测到混合生物膜-氮化镓结构上的蛋白结合。

  传感器测量了当蛋白结合到所谓的膜的脂质锚上时的电荷差异。这种混合的生物膜-氮化镓结构的发展是基于海德堡大学田中元梦(Motomu Tanaka)教授带领的生物系统的物理化学研究小组的博士研究生娜塔莉雅•弗兰科尔(Nataliya Frenkel)的研究工作。海德堡的研究人员与吉森大学的半导体物理学家们在马丁•艾柯夫(Martin Eickhoff)教授的指导下进行了传感器应用方面的研究。

  这项发表在期刊《先进功能材料》上的研究为研发新的过程奠定了基础,后者可以提供蛋白结合的光学证据。生物膜将被放置在基于氮化镓的量子点上,量子点是 指大小只有几纳米的结构。随后将利用光激活量子点从而释放辐射。细胞膜上的蛋白结合将改变放射的密度。研究人员已经展示了这一方法适合蛋白结合的光学检 测。目前他们正在与法原子能研究中心(CEA)密切合作研究具体的实现方法。

  为了加强光学检测的强度,田中教授发起了由德国-日本大学联盟HeKKSaGOn赞助的国际跨学科联盟。除了来自海德堡大学的科学家们,这一联盟还包括 来自京都大学、吉森大学和巴塞罗那大学的研究小组,以及法原子能研究中心的合作伙伴。京都大学利用自己的SPIRITS项目已经为这一研究合作提供了两年 的启动资金。