Графеновый сенсор от ученых Московского Политеха распознает белок вируса герпеса за 70–100 секунд
В Московском Политехе с помощью лазера графеновую пленку превратили в сенсор, который реагирует на белок с оболочки вируса. О разработке подробно рассказали «Известия».
Исследователи Московского Политеха вместе с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова и институтов РАН создали гибкий графеновый сенсор, который за 70–100 секунд обнаруживает белок вируса простого герпеса первого типа. Сенсор сделан на тонкой полимерной пленке, а сигнал с него снимается простым измерением электрического сопротивления. Результаты опубликованы в журнале Journal of Composites Science. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
Вирусом простого герпеса первого типа, по оценкам на 2020 год, инфицированы около 3,8 млрд человек моложе 50 лет. После первичного заражения вирус остается в организме в латентном состоянии и при определенных условиях может активироваться вновь, причем иногда без видимых симптомов. Чаще всего инфекция проявляется высыпаниями на губах, но возможны и тяжелые формы: поражение глаз, энцефалит, инфекция у новорожденных. Надежнее всего вирус выявляет ПЦР-анализ, но для него нужны лаборатория, амплификатор и обученный персонал.
Исследователи получили тонкие пленки оксида графена на гибкой полимерной подложке из полиэтилентерефталата. Лазерная обработка удаляет часть кислородсодержащих групп и повышает электропроводность материала. При этом в одной пленке создают участки с разными свойствами: контакты обрабатывают интенсивнее, а чувствительную зону — мягче, сохраняя на ее поверхности химические группы для закрепления распознающих молекул.
Лазер позволяет пространственно разделить две функции материала: передачу электрического сигнала и закрепление биочувствительного слоя. Размер изготовленного сенсора составляет около 15 миллиметров. Для считывания отклика не требуется вводить в пробу флуоресцентные или другие метки, а гибкая конструкция открывает возможности для интеграции с компактной электроникой.
Для распознавания белка исследователи использовали аптамеры — короткие цепочки ДНК, которые избирательно связываются с определённой молекулой. Их синтезируют химически, поэтому они дешевле антител. Выбранный аптамер связывается с гликопротеином D — белком на поверхности вируса, с помощью которого тот проникает в клетки человека. Взаимодействие с белком вызывает изменение электрического сопротивления пленки, которое регистрирует измерительная система. На этом основан хеморезистивный принцип работы биосенсора, рассказал руководитель проекта, старший научный сотрудник научно-технического центра «Автоматизированные технические системы» Московского Политеха Иван Комаров.
Исследователи изготовили и испытали 15 датчиков. Все они откликались на белок вируса, и чем выше была его концентрация, тем сильнее был отклик. Для проверки избирательности датчики тестировали также на альбумине — одном из самых распространённых белков крови. На белок вируса датчик реагировал примерно в девять раз сильнее. Наименьшая концентрация, при которой удалось зарегистрировать отклик, составила около 100 пикомолей на литр.
Пока опыты проводили в лабораторных условиях на очищенном белке в буферном растворе. Чтобы технологию можно было использовать в медицинской диагностике, ее предстоит проверить на реальных биологических образцах, например, на слюне, а также на других белках, которые могут мешать измерению.
«Следующий этап — испытания с реальными пробами. Параллельно мы развиваем это направление для измерения нейромедиаторов, прежде всего дофамина и серотонина. Изменения их уровня связаны с рядом заболеваний, в том числе с болезнью Паркинсона, и быстрый способ их отслеживать был бы полезен исследователям и врачам», — отметил Иван Комаров.
Кроме того, успешная реализация проекта позволит в дальнейшем получать сенсоры для определения различных заболеваний. Общая основа этих исследований — сочетание проводящей графеновой пленки с аптамером, подобранным к конкретному патогену или другой биомолекуле-мишени.
В работе также участвовали сотрудники Московского Политеха Алексей Щегольков и Нина Мясищева, ученые МГУ им. М.В. Ломоносова, ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, Института проблем безопасного развития атомной энергетики РАН, НИУ ВШЭ, Московского центра перспективных исследований и АО «НИИграфит».
Фото на главной странице: https://www.magnific.com/ru
