Юрий Стебунов из Московского физико-технического института разработал принципиально новый сенсор, который в несколько раз превосходит всех предшественников по чувствительности к ничтожно малым концентрациям различных веществ и при этом еще и существенно дешевле потенциальных конкурентов. Предполагается, что из-за своих параметров устройство резко ускорит разработку новых лекарств, позволяя тестировать их работу вне живого организма. Соответствующая работа опубликована в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

До недавнего времени поиски действительно малых концентраций биоактивных веществ были непростым занятием. Для работы стандартных биосенсоров к молекулам веществ-образцов ''цепляли'' флюоресцентные или радиоактивные метки-маркеры, без которых искомое вещество оставалось ''невидимым''. Процесс этот был крайне трудоемким, из-за чего несколько лет назад начал распространяться так называемый безмаркерный тип сенсоров.

Все его разновидности работают на сходных принципах: на поверхность сенсора наносится небольшое количество вещества-образца, которое затем подсвечивается компактным лазером. При этом на поверхности сенсора – как правило, стеклянной, с покрытием из золота – возникают плазмоны. Так называют квазичастицы, возникающие из-за резонансного взаимодействия между фотонами (от лазера) и электронами (присутствующими в золоте). Поскольку плазмоны – продукт резонанса, малейшие следы чужого вещества на поверхности, покрытой золотом, будут ''сбивать'' этот резонанс, резко меняя картину перемещения плазмона по поверхности. Сходным образом даже тонкий слой пыли на металлической поверхности подавляет так называемый металлический блеск – ту разновидность плазмонов, с которой люди чаще всего сталкиваются в повседневной жизни.

Чувствительность биосенсоров зависит от того, сколько именно молекул вещества-образца сможет прикрепиться к такой пластине. Ранее считалось, что перспективнее всего в этом отношении графен, двумерный материал с огромной относительной площадью поверхности.

Однако группа Стебунова пошла по другому пути. На поверхность стекла, покрытого слоем золота в 35 нанометров толщиной, они напылили хлопья оксида графена, а затем покрыли всю получившуюся плоскость стрептавидином, белком, послужившим ловушкой для молекул вещества-образца.

Затем, используя серийные анализаторы, уже присутствующие на рынке, Стебунов с коллегами измерил, насколько поверхность их сенсора чувствительнее конкурентов. Как оказалось, сенсоры, покрытые полимером декстраном, выявляют вещество-образец, лишь получив втрое больше его молекул, чем требуется сенсору на оксиде графена. И даже чисто графеновый аналог потребовал в 3,7 раза большее количество молекул вещества-образца.

Как отмечает Стебунов, новое устройство не просто в несколько раз чувствительнее всех существующих на сегодня аналогов, но и существенно дешевле их. Предполагается, что в серии оно будет стоить не более 10 долларов – ведь оксид графена получить намного проще, чем сам графен. А благодаря высокой чувствительности сенсор сможет в реальном времени фиксировать воздействия биоактивных молекул на клетки организма, помещенные на поверхность стеклянной пластины сенсора. Сегодня фармацевты вынуждены накачивать испытываемым лекарством сразу весь организм, и если новинка действительно позволит вместо этого взять несколько клеток и проследить за их реакцией на лекарство прямо на биосенсоре, это резко ускорит создание и доводку новых лекарственных препаратов.

Детский планшет

Анти-смартфон