Группа ученых из Бостонского колледжа (Boston College – BC) сообщает в журнале Nature Nanotechnology о создании биосенсора, представляющего собой кластер из углеродных нанотрубок, покрытых тонким слоем распознающего белки полимера. Для определения минимальных количеств белков он использует электрохимические сигналы. Такой кластер делает возможным создание важнейшего диагностического инструмента для определения широкого круга заболеваний.

Как утверждают разработчики устройства – биологи, химики и физики, объединившиеся в одну междисциплинарную группу – биосенсор на нанотрубках оказался способным обнаруживать человеческий белок ферритин, основной хранитель железа в клетках, и онкопротеин Е7, выделенный из папилломавируса человека. Дальнейшее тестирование с использованием кальмодулина показало, что сенсор может различать разновидности белка, принимающие разную форму.

Метод молекулярного импринтинга уже доказал, что для разработки сенсоров, способных распознавать определенные органические соединения, можно использовать полимерные структуры, но распознавание белков представляет собой целый ряд сложнейших проблем. Ученые из ВС использовали кластер проволокообразных нанотрубок – диаметром в трехсотую часть человеческого волоса – покрытых непроводящим полимерным материалом, способным распознавать белки с огромной чувствительностью – при их концентрации ниже, чем пикограмм/литр.

Основой работы сенсора являются отпечатки белковых молекул в непроводящем полимерном покрытии. Когда полимерное покрытие взаимодействует с электрическими зарядами белков и ионизированным солевым раствором, участки полимера с отпечатками молекул демонстрируют более низкий уровень сопротивления, чем оставшаяся часть изолятора, так как отпечатки уменьшают толщину покрытия. Когда молекула белка падает в свое зеркальное отражение, она заполняет пробел в изоляторе, а нанотрубки регистрируют соответствующее изменение в сопротивлении и сигнализируют о присутствии белка, объясняет соавтор разработки доцент кафедры биологии ВС Донг Кай (Dong Cai).

В отличие от нескольких дней и даже недель, требуемых на проведение лабораторных анализов, результаты такого теста читаются в режиме реального времени. Это означает, что метод молекулярного импринтинга с использованием нанотрубок может проложить путь к наносенсорам, способным определять человеческий папилломавирус и другие вирусы на недели раньше, чем позволяют применяемые в настоящее время методы диагностики. В отличие от поиска антител к вирусу или признаков ответа на инфицирование клеточного иммунитета сенсор на нанотрубках определяет непосредственно вирус ПВЧ. Кроме того, для методов электрохимического обнаружения не требуется никаких химических маркеров.

«При некоторых заболеваниях никто не может с уверенностью сказать, почему человек заболел», – говорит Кай. «Все, что можно предположить, это присутствие в его организме вируса. В этот момент в сыворотке крови больного еще нет определяемых антител. Поэтому тогда, когда особенно важно поставить правильный диагноз, вполне может не быть никаких следов вируса. Практически вы потеряли свой шанс. Теперь же с помощью молекулярного импринтинга мы сможем обнаружить поверхностные белки вирусов и провести анализ».

Аннотация к статье: Dong Cai, Lu Ren, Huaizhou Zhao, Chenjia Xu, Lu Zhang, Ying Yu, Hengzhi Wang, Yucheng Lan, Mary F. Roberts, Jeffrey H. Chuang, Michael J. Naughton, Zhifeng Ren & Thomas C. Chiles. A molecular-imprint nanosensor for ultrasensitive detection of proteins