新規ナノファイバー基板を用いた心血管CRPタンパク質バイオマーカーの検出

Detection of Cardiovascular CRP Protein Biomarker Using a Novel Nanofibrous Substrate.

• Isaac Macwan
• Ashish Aphale
• Prathamesh Bhagvath
• Shalini Prasad
• Prabir Patra

抄録

さまざまな疾患には、症状が発現する前の非常に早い段階で分泌される特徴的なバイオマーカーがあることが知られています。このようなバイオマーカーを体液中に最低限の濃度で検出することが、治療法を開発する上で必要とされている。ここでは、炎症性バイオマーカーであるC反応性タンパク質（CRP）を検出するために、ポリビニルアルコール（PVA）ナノファイバーとカーボンナノチューブ（CNT）を用いた素子を作製したことを報告する。検出限界（LOD）は、リン酸緩衝生理食塩水（PBS）とヒト血清（hs）の両方で100 ng mLと1 fg mLの範囲で達成されました。さらに、CRPの負荷範囲にわたって電気化学インピーダンスが45%から70%(hs)と38%から60%(PBS)に有意な変化を示した。また、有限要素法による解析から、電極表面の固液界面での非レドックス的な電荷伝達が感度の向上に寄与していることが明らかになった。さらに、作製したバイオセンサーは大きな電気活性表面積を有しており、より優れた電荷伝達特性を有していることから、CRPとの特異的な結合が改善されていることがわかった。このことは、実験とPVAナノファイバーパターニングされた金電極の電気化学インピーダンスのシミュレーションの両方から決定されました。

It is known that different diseases have characteristic biomarkers that are secreted very early on, even before the symptoms have developed. Before any kind of therapeutic approach can be used, it is necessary that such biomarkers be detected at a minimum concentration in the bodily fluids. Here, we report the fabrication of an interdigitated sensing device integrated with polyvinyl alcohol (PVA) nanofibers and carbon nanotubes (CNT) for the detection of an inflammatory biomarker, C-reactive protein (CRP). The limit of detection (LOD) was achieved in a range of 100 ng mL and 1 fg mL in both phosphate buffered saline (PBS) and human serum (hs). Furthermore, a significant change in the electrochemical impedance from 45% to 70% (hs) and 38% to 60% (PBS) over the loading range of CRP was achieved. The finite element analysis indicates that a non-redox charge transduction at the solid/liquid interface on the electrode surface is responsible for the enhanced sensitivity. Furthermore, the fabricated biosensor consists of a large electro-active surface area, along with better charge transfer characteristics that enabled improved specific binding with CRP. This was determined both experimentally and from the simulated electrochemical impedance of the PVA nanofiber patterned gold electrode.