Президентская программа
исследовательских проектов

В России создали «электронный язык»

25.04.2022 | Hi-Tech Mail
Схема созданного биосенсора на основе органического электролитического транзистора. Источник: Елена Пойманова, Семен Кирилин

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.

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.


Избранные новости

Возврат к списку