Uusien mittaustekniikoiden nopea kehittyminen tuo mukanaan yhä paremmat mahdollisuudet tutkia biologisten molekyylien välisiä vuorovaikutuksia. Erityisesti lääkkeiden kehityksessä on ensiarvoisen tärkeää saada tietoa lääkeaineen ja biologisten molekyylien välisistä vuorovaikutuksista, sillä esimerkiksi lääkeaineen sitoutuminen plasman proteiineihin vaikuttaa merkittävästi lääkeaineen imeytymiseen, leviämiseen, metaboliaan ja eliminaatioon kehossa. Tärkeää on myös saada tietoa proteiini-hiilihydraatti ja vasta-aine-antigeeni vuorovaikutuksista, sillä ne liittyvät biologisiin prosesseihin, kuten hormonien toimintaan ja tunnistamiseen sekä biologisten molekyylien varastointiin. Biologisten molekyylien analytiikka on haastavaa, koska niiden aktiivisuus ja ominaisuudet usein muuttuvat niitä käsiteltäessä. Näistä mainittakoon mm. entsyymin aktiivisuus, joka saattaa kadota ja proteiinien denaturoituminen.
Biosensori on analyyttinen laite, jossa biologista tai biologisesti johdettua materiaalia on joko sidottu tai kokonaan integroitu fysikaalis-kemialliseen anturiin. Biosensorien kehittämisen tavoitteena on valmistaa systeemejä, joiden avulla voidaan tutkia soluja, solukalvoja ja niiden ympäristöä reaaliajassa. Tarkoitus on saada biologisista prosesseista luotettavaa tietoa, jota hyödynnetään ihmisten hyvinvoinnin parantamiseksi. Biosensorien pitäisi olla edullisia, kestäviä, luotettavia ja lääketieteelliseen tutkimukseen soveltuvia.
Tämän pro gradu -tutkielman kirjallisessa osassa tarkastellaan kvartsikidemikrovaa'an (QCM) hyödyntämistä biosensorina. QCM on laite, joka mittaa elektrodiin liitetyn kvartsikiteen värähtelytaajuutta. Kun sensorin massa muuttuu, myös sen värähtelytaajuus muuttuu. Värähtelytaajuuden muutoksesta voidaan tehdä johtopäätöksiä elektrodin pinnalla tapahtuvista muutoksista. Itsemuodostuvien pintakerrosten (SAM) avulla sensoripintaa voidaan muokata biologisten molekyylien havaitsemiseksi. SAM-pintojen käyttö perustuu kullan ja tioliyhdisteiden väliseen voimakkaaseen ja spontaaniin vuorovaikutukseen. Tioliyhdisteet muodostavat kullan pinnalle tasaisen ja stabiilin molekyylikerroksen. Tämän kerroksen ominaisuuksia muokkaamalla voidaan vaikuttaa pinnan kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin. Kirjallisessa osassa käsitellään QCM:n soveltuvuutta biosensoriksi immunoglobuliini E:n ja kloramfenikolin kvantitointiin, R- ja S-enantiomeerien erotukseen, solutukirankaan sitoutuvien lääkeaineiden tutkimiseen sekä seerumin vasta-ainemääritykseen. Tulokset ovat varsin lupaavia, vaikka QCM-laitteiston herkkyys ei vielä monissa sovelluksissa oikein riitä kvantitatiiviseen määritykseen. Myös sensoripinnan uudelleenkäyttö aiheuttaa vielä ongelmia.
Pro gradu -tutkielman kokeellisessa osassa sovellettiin kapillaarielektrokromatografiaa (CEC) matalatiheyksisen lipoproteiinin (LDL) ominaisuuksien tutkimuksiin. CEC:ssä käytettävien 50 µm halkaisijan avoputkisilikakapillaarien sisäpinta päällystettiin LDL:llä, joka toimi stationaarifaasina. Kehitetyllä menetelmällä tutkittiin mm. LDL:ssa tapahtuvia muutoksia sokerikäsittelyn ja hapettumisen jälkeen. Tutkimuksissa hyödynnettiin elektro-osmoottista liikkuvuutta pinnassa tapahtuvien muutosten indikaattorina. CEC osoittautui hyväksi tekniikaksi biologisella materiaalilla helposti muokattavien kapillaaripintojen, lyhyiden analyysiaikojen ja vähäisten reagenssi- ja näytemäärien ansiosta.
