В новостной ленте Нанометра довольно часто встречаются работы так или иначе связанные с двойной спиралью ДНК. И это не удивительно, ведь интерес научного сообщества к различным манипуляциям с подобными биологическим объектами огромен. Новые наномашины и органические электронные проводники могут в скором времени значительно облегчить нашу жизнь. А запирающиеся наношкатулки, собранные из молекулы ДНК, нанотрубки различной формы и с разнообразными включениями, а также ДНК-оригами, зачастую, умиляют даже непросвещённую читательскую аудиторию. Однако проведение всех вышеупомянутых изысканий было бы не возможно без знания точной концентрации ДНК в используемом растворе. Но теперь определить, сколько же нужных молекул содержит интересующая его проба, может... почти каждый. В работе «A Nanochannel Array-Based Electrochemical Device for Quantitative Label-free DNA Analysis», опубликованной в журнале ACSNano, предложен простой и изящный метод количественного анализа столь популярных биомолекул.
Схема работы нового ДНК-сенсора на удивления проста (рис. 1). В качестве основы для его создания авторы работы предложили использовать мембраны анодного оксида алюминия, знаменитого своей уникальной пористой структурой. Сначала стенки пор химически модифицировали, для чего "пришивали" к ним молекул морфолино, способного образовывать с молекулами ДНК устойчивые комплексы. Далее модифицированный оксид погружали в раствор, содержащий неизвестное количество молекул ДНК, и выдерживали в нём в течение часа. В результате на стенках пор происходило образование отрицательно заряженных комплексов ДНК/морфолино, количество которых пропорционально концентрации ДНК в исходном растворе. Это приводит к уменьшению диаметра пор и, как следствие, к затруднению диффузии массивных анионов через каналы. Для проведения количественных измерений мембрану помещали в электрохимическую ячейку (рис. 2), в левой части которой находился 0,03 мМ раствор красной кровяной соли. Благодаря градиенту концентрации ионы [Fe(CN)6]3- диффундируют через поры, а количество прошедших можно детектировать электрохимическими методами. Например, измеряя ток при их восстановлении на тонком (чтобы не запылить поры) слое золота, предварительно нанесённом на мембрану.
Авторы отмечают, что при диффузии ионов через мембрану без пришитых молекул ДНК ток, детектируемый на золотом электроде, оказывается максимален. После образования комплексов ДНК/морфолино на стенках пор проницаемость мембраны уменьшается, что приводит к уменьшению электрического сигнала на электроде прямо пропорционально увеличению концентрации ДНК в исходном растворе. Возможности современного электрохимического оборудования позволяют фиксировать очень маленькие значения тока (вплоть до нескольких нА), что соответствует пределу обнаружения ДНК 10-10 моль/л (рис. 4). Кроме того, предложенный сенсор можно регенерировать и использовать повторно. Травление пористой мембраны в концентрированном растворе мочевины приводит к восстановлению потока ионов до исходного значения.
Подготовил И.Росляков (ФНМ МГУ)
