Группа ученых физического, химического факультетов и НИИЯФ МГУ представила систему для детектирования специфичных биообъектов (антитела, аптамеры, олигонуклеотиды), которую можно использовать многократно.
Исследования проводились в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина». Результаты работы опубликованы в журнале «Вестник Московского университета».
Сам сенсор представляет собой транзистор – устройство, состоящее из трех электродов – сток, исток и затвор. Электрический ток между стоком и истоком контролируется напряжением на третьем электроде – затворе. Отличие используемого транзистора от классического в том, что затвор сделан в виде очень узкого нанопровода из кремния (ширина которого составляет 80 нанометров, а длина 3–5 микрон), что позволяет детектировать биообъекты с рекордной чувствительностью. На чип с сенсором были добавлены нагреватели и измерители температуры. Такая терморегулирующая система – важный элемент устройства, благодаря которому возможно проводить сами измерения в оптимальных для каждого из детектируемых объектов температурных режимах. Кроме этого, он позволяет очищать сенсор от остатков биоматериала и использовать его многократно.
Междисциплинарные научные исследования по разработке и созданию наноразмерных биосенсоров на основе полевых транзисторов с каналом-нанопроводом уже несколько лет ведутся в лаборатории «Криоэлектроника» совместно с кафедрой химической энзимологии химического факультета МГУ.
Учеными разрабатывается система для детектирования в режиме реального времени ключевых биохимических биомаркеров и генов устойчивости к лекарственным препаратам. Детектирование биомаркеров осуществляется с помощью кремниевого чипа, на котором созданы очень чувствительные сенсоры. Такие сенсоры представляют собой полевой транзистор с каналом-нанопроводом. В транзисторах электрический ток между стоком и истоком контролируется напряжением на третьем электроде – затворе (который своим электрическим полем «перекрывает» или, наоборот, «открывает» канал протекания тока между стоком и истоком). Кроме этого, канал представляет собой очень тонкий нанопровод, благодаря которому канал протекания тока будет крайне чувствителен к внешнему электрическому полю.
Чтобы детектировать какие-нибудь определенные биологические объекты, к поверхности нанопровода «пришиваются» специальные распознающие биомолекулы – «замки», которые захватывают и удерживают нужные биологические объекты («ключи») вблизи поверхности нанопровода сенсора. Так как практически все биологические объекты имеют ненулевой электрический заряд, то порождаемое ими электрическое поле влияет на ток через нанопровод. Так осуществляется детектирование специфических биологических объектов: белков, вирусов, нуклеиновых кислот и др.
Чувствительность подобных сенсоров экстремально высока и достигает уровня аттомолей, а в отдельных случаях позволяет добиться детектирования одиночных молекул или частиц.
«Одной из проблем создания ДНК-сенсоров является низкая селективность определения при комнатной температуре и трудности с разрушением комплексов для многоразового использования сенсоров, – рассказал один из авторов работы, Олег Снигирев, заведующий кафедрой физики полупроводников физического факультета МГУ. – Для решения этой проблемы был разработан биосенсор со встроенным терморегулятором, который позволяет проводить стадии инкубации и отмывки при повышенных температурах. В результате гибридизация ДНК происходит наиболее эффективно, что позволяет повысить специфичность и избежать ложноположительных результатов, а также сократить время анализа. Возможность нагревания до 85–90 градусов Цельсия позволяет использовать такие устройства многократно».
Информация предоставлена пресс-службой МГУ
Источник фото: ru.123rf.com
