Группа учёных физического, химического факультетов и НИИ ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ представили мультисенсорную систему для детектирования специфичных биообъектов (антитела, аптамеры, олигонуклеотиды). Эта система представляет собой кремниевый транзистор с очень маленьким каналом (нанопроводом), реагирующий на изменение электрического заряда рядом с собой. Такой сенсор уже продемонстрировал рекордную чувствительность в детектировании определенного типа белков. Устройство может быть крайне полезно в медицине в области быстрой и недорогой диагностики различных заболеваний. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Biosensors 2023.

Исследования проводились в рамках Междисциплинарной научно-образовательной школы МГУ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина».

Переход к персонализированной медицине, высокотехнологичному здравоохранению и технологиям здоровьесбережения требует решения многих научных проблем, одна из которых связана с детектированием в режиме реального времени низких концентраций специфических биомаркеров (белков, вирусов, нуклеиновых кислот и др) для ранней диагностики заболеваний и патологий.

Учёные физического, химического факультетов и НИИЯФ МГУ уже несколько лет проводят работы по созданию наноразмерной мультисенсорной системы на основе полупроводниковых наноструктур для изучения фундаментальных принципов взаимодействия различных биологических объектов со специфичными распознающими элементами (антителами, аптамерами, олигонуклеотидами). При изучении механизмов образования специфичных комплексов антиген-антитело или ДНК-дуплексов на поверхности нанопроводов, кремниевых микрочипов и микрочипов на основе мембранных носителей в качестве меток активно используются наночастицы золота с их визуализацией методами электронной и зондовой микроскопии.

Чувствительность определения зависит от диаметра наночастиц, при этом использование наночастиц большого размера может снижать эффективность образования комплексов из-за стерических факторов. Для увеличения чувствительности методов визуализации разработан метод увеличения диаметра наночастиц-меток после образования специфичных комплексов. Для этого проведена оптимизация реакции восстановления золота из раствора золотохлористоводородной кислоты с использованием гидроксиламина с использованием в качестве зародышей наночастиц-меток. Оптимизация рН растворов реагентов и порядка их добавления позволило увеличить размер наночастиц примерно в 4 раза, при этом также увеличился полезный сигнал при колориметрической детекции (отношение сигнал/фон).

«‎Наша работа показала, что такой мультисенсор очень эффективен при высокочувствительном определении генов, отвечающих за развитие устойчивости бактерий к антибиотикам, — отметила один из авторов статьи, ведущий научный сотрудник химического факультета Майя Рубцова. — Помимо этого, разработанная методика может быть использована в различных методах аналитической биотехнологии с использованием наночастиц золота в качестве метки, а также для визуализации наночастиц на различных поверхностях методами микроскопии»‎.