Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Создан графеновый биосенсор, который ускорит поиски лекарств от ВИЧ и рака

Ключевые слова:  ACS Applied Materials & Interfaces, Биосенсор, Графен, МФТИ

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

20 сентября 2015

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.

Ученые из лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ создали на основе оксида графена сверхчувствительный биосенсор, который открывает новые возможности в медицине и фармацевтике — он поможет в создании новых лекарств и вакцин от опасных инфекционных заболеваний, таких как ВИЧ, гепатиты, герпес, а также рака и многих других болезней. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces.

Безмаркерные биосенсоры сравнительно недавно появились в лабораториях биохимиков и фармацевтов, значительно облегчив и упростив их работу. Эти сенсоры позволяют обнаруживать исчезающе малые концентрации веществ и исследовать их химические свойства. В отличие от других биохимических методов, для работы биосенсоров не нужно «цеплять» к молекулам образцов флюоресцентные или радиоактивные метки-маркеры, без которых искомое вещество оставалось «невидимым».

Группа из лаборатории нанооптики и плазмоники, входящей в состав центра наноразмерной оптоэлектроники МФТИ, разрабатывает биосенсоры, основанные на использовании поверхностных плазмонов — электромагнитных волн, возникающих на границе проводника и диэлектрика в результате резонансного взаимодействия между фотонами и электронами. Параметры этого резонанса зависят от свойств поверхности настолько сильно, что даже ничтожные количества «постороннего» вещества заметно на них влияют. Биосенсоры в состоянии обнаружить присутствие триллионных долей грамма детектируемого вещества на площадке в квадратный миллиметр.

Такие «способности» позволяют в корне упростить многие исследовательские процедуры в медицине и биологии, но самое интересное свойство биосенсоров в том, что они позволяют ученым наблюдать за взаимодействием 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. 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», — говорит один из авторов исследования Юрий Стебунов.

Существующие сейчас сенсорные чипы — тонкие пластинки размером сантиметр на сантиметр, где осаждаются исследуемые образцы, — делаются в основном из стекла, покрытого тонким слоем золота. На чипах создают либо слой тиоловых молекул, либо слой полимера (чаще всего на основе карбоксиметилированного декстрана). Снизу под чипом находится лазер, которые возбуждает плазмонный резонанс, его характеристики считывает с отраженного луча фотодетектор.

Чувствительность биосенсора зависит от свойств поверхности — точнее от того, сколько молекул исследуемого вещества сможет присоединиться к пластинке. Перспективным материалом для биосенсоров считается графен: он обладает большой площадью поверхности, дешев в изготовлении, а также взаимодействует с большим числом биологических молекул.

Стебунов и его коллеги создали и запатентовали принципиально новый тип чипов с покрытием из оксида графена — материала, обещающего даже большую эффективность, чем чистый графен. Они 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 компании BiOptix и проследили, как параметры плазмонного резонанса реагируют на присутствие сложных органических молекул — однониточных фрагментов ДНК. Затем похожие эксперименты были проведены с биосенсорами на основе графена и коммерчески доступным чипом на основе карбоксиметилированного декстрана.

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. Немаловажно, что оксид графена дешевле и проще в производстве.

Ученые отмечают, что созданное ими устройство — уже фактически прототип, пригодный для начала серийного производства и выхода на рынок.

«Наш чип можно использовать в разработке лекарств от инфекционных, онкологических и других типов заболеваний. 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», — говорит Стебунов.

Вместе с тем он отметил, что до внедрения в клиническую практику эти сенсоры необходимо упростить и провести через процедуру испытаний. По его оценкам, при массовом производстве биочип на оксиде графена может стоить менее 10 долларов, при том, что биочипы, которые есть на рынке, сейчас стоят от 80 до 200 долларов.

Ссылка на оригинальную статью: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.5b04427

Y.V. Stebunov, O.A. Afteneva, A.V. Arsenin, V.S. Volkov, Highly sensitive and selective sensor chips with graphene-oxide linking layer // ACS Applied Materials & Interfaces doi: 10.1021/acsami.5b04427.


Источник: Импульс



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 20 сентября 2015 20:41 
возможно, это и есть "killer app"
Чахлик Н. В., 22 сентября 2015 17:40 
А какая будет эффективность, если использовать exfoliated graphite?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

В моде наноскладка
В моде наноскладка

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.