Ученые разработали сенсор с нанопорами для обнаружения допинга в крови

| 1075

Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из разных стран разработали новый сенсор с двумя слоями наноразмерных пор. В экспериментах он показал эффективность в качестве сенсора для одного из допинговых веществ из «зеркальных» молекул. Результаты исследования опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics (IF: 10,257; Q1).

Фото: образцы сенсоров

Материал представляет собой тонкую пластину с порами 20-30 нанометров в диаметре. На них исследователи вырастили слой металлорганических каркасов из ионов цинка и органических молекул. Каркас имеет поры размером всего около трех нанометров. Он играет роль ловушки для молекул, которые необходимо обнаружить. 

«Этот сенсор может работать с хиральными, или «зеркальными», молекулами. Таких веществ много среди лекарств, биологически активных соединений. Их особенность в том, что они состоят из пары энантиомеров — это, по сути, одинаковые молекулы с одинаковой структурой и физическими свойствами, но они являются зеркальными отражениями друг друга. Из-за этого отличия энантиомеры могут оказывать разный биологический эффект, вплоть до того, что один может быть полезным, а второй наносить вред. Сложность в том, что в биологической пробе нужно уметь детектировать оба энантиомера. Наша научная группа специализируется на создании хиральных сенсоров, работающих на эффекте плазмонного резонанса. Здесь у нас уже есть целый спектр интересных эффективных материалов-сенсоров, но в этой работе мы предложили совершенно новую структуру», — говорит доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников.

Если на этот материал направить свет (например, луч лазера), на поверхности золотой пористой пленки возникает эффект плазмонного резонанса. Именно он является источником аналитического сигнала, который можно считывать портативным рамановским спектрометром. По этому сигналу и можно определить, что за вещество «поймано» металлорганическим каркасом и в каком объеме. Вся процедура анализа занимает менее пяти минут.

«Что дала нам полученная структура? Во-первых, мы сразу два плазмонных эффекта — поверхностный, так как он возникает у поверхности пленки, и локализованный в порах. При другой структуре такой синергии не добиться. Во-вторых, поры дважды служат нам фильтром и позволяют отделять нужное нам вещество от других компонентов крови, которые могут заблокировать сенсор», — говорит автор статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова.

Чувствительность сенсоров исследователи проверяли не только на модельных растворах, но и на плазме и сыворотке крови, в которые было добавлено допинговое вещество. В экспериментах были задействованы два сенсора: каждый отвечал за определение конкретного энантиомера этого вещества.

«Стандартные методы для определения хиральных соединений, например, хроматография, являются дорогостоящими и требуют сложного оборудования, навыков работы на нем. Наши сенсоры подходят для портативных рамановских спектрометров, которые значительно дешевле и проще в использовании»,

— отмечает Ольга Гусельникова.

В исследовании принимали участие ученные из Университета химии и технологии Праги, Университета Квинсленда (Австралия), Корейского института электронных технологий и Корейского института промышленных технологий, Национального института материаловедения (Япония). Работа поддержана грантом по программе повышения конкурентоспособности Томского политеха.

Справка:

Статьи научной группы, посвященные хиральным сенсорам:

pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssensors.9b01328

sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S235294072030113X

pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssensors.9b00225