Ученые из Института синтетических полимерных материалов им. Н. С. Ениколопова (ИСПМ РАН, Москва), Института органической химии им. Н. Д. Зелинского (ИОХ РАН, Москва) и Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова (МГУ) разработали биораспознающий слой для устройства класса «электронный язык». Новое устройство позволит выявлять разные виды патогенов в биологических жидкостях, например в крови.
Российские специалисты 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.
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.
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.
За основу «электронного языка» авторы взяли подложку с набором пикселей, каждый из которых представляет собой органический электролитический транзистор. На каждый пиксель наносились особые молекулы — стрептавидин и ДНК-аптамеры, 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.
«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 Елена Пойманова, канд.хим.наук, научный сотрудник ИСПМ РАН и одна из авторов работы.
Эффективность платформы для биосенсоров авторы подтвердили, проведя с ее помощью определение вируса гриппа А. 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.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
