Дмитрий Федянин и Юрий Стебунов из лаборатории нанооптики и плазмоники Московского физико-технического института создали сверхчувствительный наносенсор для химического анализа. Этот сенсор может устанавливать химический состав различных веществ, распознавать биомаркеры присутствия в организме таких вирусов как ВИЧ, вирусы герпеса и гепатитов и других, а также маркеры онкологических заболеваний. Статья об этом опубликована в журнале Scientific Reports (входит в семейство журналов Nature).
Датчик способен отслеживать в режиме реального времени частиц весом в несколько тысяч атомных единиц массы (несколько тысяч масс атома водорода) — то есть и единичные молекулы белков. Сенсор имеет очень небольшие размеры и представляет собой оптико-механический чип. Он состоит из двух частей — нановолновода и прикрепленного к нему кантилевера (полоски длиной в 5 микрометров и толщиной всего 90 нанометров), который может колебаться.
Колебания кантилевера позволяют определять химический состав той среды, в которой находится чип. Важно здесь то, что частота механических колебаний зависит не только от размеров и свойств материалов, но и от массы всей колебательной системы, которая меняется в случае химической реакции кантилевера со средой.
Покрывая кантилевер разными реагентами, можно добиться его избирательной реакции с определенными веществами или даже биологическими объектами. Если на кантилевер нанести антитела к определенным вирусам, то он сорбирует эти вирусные частицы из анализируемой среды. Колебания с прикрепившимися к балке вирусами или просто со слоем из продуктов реакции будут происходить с меньшей (или большей) амплитудой, и электромагнитная волна, распространяющая по волноводу, станет рассеиваться кантилевером несколько иначе, что фиксируется на выходе схемы по изменению интенсивности считывающего сигнала.
Проведенные расчеты показали, что новое устройство будет сочетать высокую чувствительность со сравнительной простотой изготовления и миниатюрными размерами, позволяющими использовать его в качестве элемента любых портативных устройств (например, смартфонов, носимой электроники и др.), которые могут работать, в том числе, в полевых условиях. На одном чипе размером в несколько миллиметров можно будет собрать вместе до нескольких тысяч подобных сенсоров, настроенных на обнаружение различных частиц или молекул. При этом, благодаря простоте конструкции, ожидается, что цена устройства будет слабо зависеть от количества сенсоров, что выгодно отличает его от конкурентных решений.
