Новости

25 апреля, 2022 11:57

В России создали «электронный язык»

Источник: Hi-Tech Mail
Российские ученые разработали биораспознающий слой, который позволит обнаруживать патогены, то есть вирусы и бактерии, в различных жидкостях. На его основе планируют создать миниатюрное устройство для упрощенного, но точного анализа воды или крови, например.
Схема созданного биосенсора на основе органического электролитического транзистора. Источник: Елена Пойманова, Семен Кирилин
Биосенсор состоит из органического электронного компонента, на который дополнительно нанесен биораспознающий слой. Предложенное устройство простое и компактное, кроме того, его можно изготовить с помощью печатных технологий, отмечают эксперты. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.

В современной врачебной практике все чаще применяют электронные или оптические/квантовые сенсоры, будь то квантовые магнитометры и датчики для исследования работы мозга или ранней диагностики онкозаболеваний. Их размещают на теле пациента, а полученные параметры обрабатывают на смартфоне или компьютере.

В амбулаторных или внебольничных условиях требуются удобные сенсоры, которые оперативно помогут при оказании медицинской помощи. В этом случае преимущество имеют биосенсоры — приборы, в основе которых лежит чувствительный элемент, имеющий биологическую природу. Они не требуют специальных условий для работы, обладают высокой чувствительностью и быстротой отклика, а также способны обнаруживать совершенно разные молекулы.

Ученые из Института синтетических полимерных материалов имени Н. С. Ениколопова РАН, Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова разработали биораспознающий слой для устройства класса «электронный язык», который выявляет разные виды патогенов в биологических жидкостях — в крови, например.

Из чего состоит «электронный язык»

За основу «электронного языка» авторы взяли подложку с набором пикселей, каждый из которых представляет собой органический электролитический транзистор. На каждый пиксель ученые наносили особые молекулы — стрептавидин и ДНК-аптамеры (короткие нуклеотидные последовательности с определенной структурой), и они взаимодействовали с конкретными молекулами патогена.Работоспособность устройства ученые испытывали, нанося на его поверхность каплю жидкости и снимая электрический сигнал со всех пикселей: если отклик пикселя отличался от контрольных значений, то это означало, что в жидкости присутствует соответствующий патоген.

Чтобы проверить зависимость электрических свойств распознающего слоя от структуры молекул, которые нанесены на пиксели, химики использовали соединение, основу которого составляли специально спроектированные и синтезированные молекулы. Это так называемые биотиновые якоря: они выступают как рецепторы на поверхности полупроводников и сохраняют свойства при попадании в биологические жидкости. Устройство с таким слоем помещали в буферный раствор, в котором оно стабильно работало, что говорит о потенциальной возможности выявления антигенов в биологических средах.

Эффективность платформы для биосенсоров авторы подтвердили, проведя с ее помощью определение вируса гриппа А. В ходе испытаний ученые получили хороший отклик на вирус гриппа А (Н7N1) с концентрацией 3×109 частиц/мл.

Также была показана специфичность его определения путем контрольных экспериментов с неспецифическим вирусом болезни Ньюкасла, поражающей птиц. Обеспечить требуемую специфичность удалось за счет грамотно спроектированной архитектуры сенсора.

«Электронный язык» пригодится в быту

«На основе "электронного языка" мы планируем получить миниатюрное устройство (размером с один и толщиной с два смартфона) с автономным питанием от батарейки и набором одноразовых сенсорных подложек. Оно позволит быстро проводить предварительный анализ на наличие патогенов, например, в питьевой воде, даже человеку, не имеющему специального образования», — рассказывает одна из авторов работы Елена Пойманова, кандидат химических наук, научный сотрудник Института синтетических полимерных материалов имени Н. С. Ениколопова РАН.


27 сентября, 2022
Продлят жизнь техники. Ученые получили материалы с уникальными свойствами
Продлить срок службы ценных деталей в авиакосмической отрасли и защитить металлические покрытия от к...
26 сентября, 2022
Зачем в России редактируют геномы коров и баранов
Клонированная корова Цветочек принесет потомство в декабре, а уникальному гибридному клонированному ...