GRAFEN

Новый сверхчувствительный биосенсор на основе оксида графена

Ученые из Лаборатории Нанооптики и Плазмоники МФТИ создали на основе оксида графена сверхчувствительный биосенсор. Он сможет помочь в создании новых лекарств и вакцин. По словам учёных, это принципиально новый чип, который позволяет тестировать лекарственные препараты вне живого организма.

Принципиально новый чип на основе оксида графена позволяет тестировать лекарственные препараты вне живого организма. Технология может произвести революцию в создании новых лекарств и помочь врачам в ближайшем будущем победить неизлечимые заболевания.

Безмаркерные биосенсоры позволяют обнаруживать и исследовать химические свойства веществ при очень малой их концентрации. При этом отсутствует необходимость прикреплять к молекулам образцов метки-маркеры (обычно они флюоресцентные или радиоактивные), чтобы это вещество стало видимым для приборов.

Разработка учёных физтеха основана на использовании поверхностных плазмонов — электромагнитных волн, возникающих на границе проводника и диэлектрика в результате резонансного взаимодействия между фотонами и электронами. Благодаря тому, что параметры резонанса критично зависят от свойств поверхности, можно обнаружить очень малое количество присутствующего на ней вещества. Например, на площадке в квадратный миллиметр такой сенсор может найти триллионную долю грамма вещества. При этом основанный на подобном датчике прибор может наблюдать за реакцией молекул в реальном времени.

«С их помощью мы можем проследить, как идет та или иная химическая реакция, можем оценить ее скорость, а значит, можем точно определить, как действует то или иное вещество на клетку, на болезнетворную бактерию», — говорит заведующий лабораторией Валентин Волков. — Это значит, что в недалеком будущем предклинические испытания лекарств могут проводиться принципиально новым способом — чтобы точно предсказать действие препарата, достаточно будет проследить взаимодействие лекарственных препаратов с живой тканью прямо на биосенсоре. Это революция в создании новых лекарств: биосенсоры значительно повысят эффективность предклинических исследований и, возможно, в ближайшем будущем помогут победить пока еще неизлечимые заболевания".

Существующие сейчас сенсорные чипы - тонкие пластинки размером сантиметр на сантиметр, где осаждаются исследуемые образцы, делают в основном из стекла, покрытого тонким слоем золота. Сейчас наиболее перспективным материалом для биосенсоров считается графен: он обладает большой площадью поверхности, дешев в изготовлении, а также взаимодействует с большим числом биологических молекул.

Ученые из МФТИ нанесли «хлопья» оксида графена на стеклянную пластинку, покрытую слоем золота толщиной 35 нанометров. Затем на эту поверхность осадили слой из белка стрептавидина, который служил «ловушкой» для молекул. Далее ученые установили чип в биосенсор и проследили, как параметры плазмонного резонанса реагируют на присутствие сложных органических молекул — однониточных фрагментов ДНК.

Измерения показали, что сенсор на основе оксида графена в три раза чувствительнее чипа на основе декстрана и в 3,7 раза — сенсора на чистом графене. Это означает, что новому чипу требуется в несколько раз меньше молекул, чтобы обнаружить то или иное вещество. Кроме того, «оксидный» сенсор после простой процедуры регенерации (промывки щелочью) можно было использовать еще несколько раз. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

«Наш чип можно использовать в разработке лекарств от инфекционных, онкологических и других типов заболеваний», — говорит Волков. — Поэтому мы рассчитываем на серьезный интерес со стороны фармацевтических компаний к нашей разработке. Этот сенсор можно использовать и для контроля качества продуктов, в поиске токсинов и аллергенов, в медицинской диагностике, что поможет уменьшить время на выполнение анализов с суток до минут".

До внедрения в клиническую практику необходимо будет провести ряд усовершенствований и испытаний. При массовом производстве биочип на оксиде графена может стоить менее 10 долларов. Существующие на рынке биочипы стоят от 80 до 200 долларов.