Utskrift från Malmö högskolas webbplats www.mah.se

Three-dimensional nanobiostructure-based self-contained devices for biomedical application

Kontaktperson: Sergey Shleev
Ansvarig: Sergey Shleev
Medarbetare: Tautgirdas Ruzgas, Tomas Olofsson och Magnus Falk
Samarbetspartner: Totalt 10 samarbetspartners från Sverige, Danmark, Tyskland, Österrike, Irland, Spanien och Storbritannien
Finansiär: FP7 EU projekt NMP4-SL-2009-229255
Tidsram: 2009-07-01 -- 2012-06-30
Forskningsprofil: Biologiska gränsytor
Forskningsprogram: Biofilms - Research Center for Biointerfaces
Fakultet/institution: Fakulteten för Hälsa och samhälle, Institutionen för biomedicinsk vetenskap
Ämne: Naturvetenskap
Hemsida: http://www.mah.se/3Dnanobiodevice

Huvudsyftet med projektet är att förbättra förståelsen av fundamentala principer rörande kontroll av electron transfer (ET) reaktioner mellan nanopartiklar, nanorör, nanofibrer, Os och Ru redox-komplex, samt deras sammansättning begränsad i ordnade tredimensionella (3D) mikroskaliga nätverk och olika bioelement, som exempel glukosoxiderande och syrereducerande enzym, med mål att lösa ett av de största hindren i bioelektronik; dvs. bristen på (eller den svaga) elektroniska kontakten mellan biokomponenterna och de elektroniska elementen.
Ett antal nya 3D nanobioenheter kommer att designas, såsom glukos och O2 känsliga biosensorer, biokatoder och bioanoder, samt kombinationer tillsammans med omvandlare (transmittor) till autonoma och självständiga, implanterbara enheter drivna av 3D biobränslecell (BBC). Den teoretiska modelleringen responsen samt den praktiska bestämningen av enkla parametrar kommer att genomföras i glukosinnehållande biologiska matriser av olika komposition och pH, t.ex. blod, plasma, saliv etc. Nödvändig driftstabilitet över tid för nanobioenheterna kommer att uppnås genom att välja lämpliga bioelement, t.ex. redan tillgängliga samt nya vildtyps- och specifkikt designade enzym med hög aktivitet, stabilitet samt halidresistens, såsom glukosoxidas och cellobios dehydrogenas, samt blå multikoppar oxidaser med hög redoxpotential. De framtagna självständiga potentiellt implanterbara 3D nanobioenheterna kommer att användas för kontinuerlig övervakning av glukos och O2 i olika delar av människokroppen och på så sätt förbättra livskvaliteten och öka säkerheten med avseende på kroniska sjukdomar, t.ex. diabetes och methemoglobinemia. I ett framtidsperspektiv kan 3D nanobioenheter komma att användas för neuron/nerv-stimulering för att kompensera eller lindra effekten av mänskliga handikapp samt behandla kronisk smärta, cerebral pares och mycket mer.

Description in English

The main scientific goal of the project is to enhance understanding of the fundamental principles regarding the control of electron transfer (ET) reactions between nanoparticles, nanotubes, nanofibres, Os and Ru redox complexes, as well as their assemblies confined into ordered three-dimensional (3D) microscale networks and different bioelements, such as glucose oxidizing and oxygen reducing enzymes, in order to solve one of the main obstacles in the area of bioelectronics, i.e. the lack of (or poor) electronic communication between the biocomponents and the electronic elements.
A number of novel 3D nanobiodevices will be designed, such as glucose and O2 sensitive biosensors, biocathodes and bioanodes, and their combinations with transducers (transmitter) into autonomous and self-contained, implantable devices powered by 3D biofuel cells (BFC). The theoretical modeling of their responses and practical determination of basic parameters will be performed in glucose-containing biological matrices of different composition and pH, e.g. blood, plasma, saliva, etc. Needed long-term and operational stability of 3D nanobiodevices will be achieved by choosing appropriate bioelements, e.g. already available and novel wild-type and specifically engineered highly active, stable, and halide resistant enzymes, such as glucose oxidase and cellobiose dehydrogenase, as well as high redox potential blue multicopper oxidases. The developed self-contained potentially implantable 3D nanobiodevices will be used for continuous glucose and O2 monitoring in different parts of the human body, thus improving quality of life and increase safety in case of chronic diseases, e.g. diabetes and methemoglobinemia. Moreover, in the long-term, 3D nanobiodevices can be used for neuron/nerve stimulations to compensate or alleviate the effect of human disabilities as well as to treat chronic pain, cerebral palsy, and much more.

Senast uppdaterad av Magnus Jando