Ученые разработали «электронный язык», чувствительный к вирусам
22.04.2022
Источник: INDICATOR.RU, 22.04. 2022, Николай Подорванюк
https://indicator.ru/medicine/uchenye-razrabotali-elektronnyi-yazyk-chuvstvitelnyi-k-virusam-21-04-2022.htm
![(jpg, 255 Kб)](/FStorage/Download.aspx?id=7b30ee40-0c24-40ad-a12a-03adf866139e)
Схема
созданного биосенсора на основе органического электролитического транзистора.
Российские
ученые разработали биораспознающий слой, который позволит обнаруживать патогены
в различных жидкостях, в том числе биологических и в питьевой воде. 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. Результаты работы,
поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале
ACS Applied Materials and Interfaces.
Для
медицинской диагностики, контроля и поддержания здоровья мобильные сенсорные
технологии имеют особое значение: они компактны и могут своевременно предупредить
о возникшей патологии в организме, предотвратить риск тех или иных осложнений и
заболеваний у пациента, позволяют провести диагностику во внебольничных
условиях.
В
современной врачебной практике все чаще применяют электронные или оптические/квантовые
сенсоры, например 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
(Москва), Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН (Москва) и
Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) разработали
биораспознающий слой для устройства класса «электронный язык», который выявляет
разные виды патогенов в биологических жидкостях, например в крови.
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.
«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.