Новый биосенсор обеспечивает повышенную специфичность детекции ДНК
Исследователи успешно продемонстрировали новый биосенсор, способный обнаруживать одноцепочечные олигонуклеотиды ДНК с высокой специфичностью без необходимости использования внешних меток. Это достижение открывает путь к более доступной и эффективной диагностике у постели больного. Исследование опубликовано в журнале Engineering.
Биосенсор основан на емкостных микромеханических ультразвуковых преобразователях (CMUTs), которые показали перспективность для создания миниатюрных высокопроизводительных платформ для биосенсинга. Однако предыдущие версии CMUTs сталкивались с ограничениями из-за неэффективной функционализации, агрегации и необходимости внешнего источника питания высокого напряжения (HV).
Исследовательская группа преодолела эти проблемы, интегрировав CMOS интерфейс с этиленгликоль алкантиолами, которые использовались для функционализации поверхности CMUTs. Этот подход значительно улучшил селективность гибридизации на чипе, что было подтверждено с помощью флуоресцентной визуализации.
Сенсорная матрица была охарактеризована с использованием пятиэлементной эквивалентной модели, а специализированная интегральная схема (ASIC) площадью 4 мм2 была разработана с использованием 0.18-μm HV Bipolar-CMOS-Double diffused MOS (DMOS) технологии (BCD). Чип способен генерировать на кристалле высокое напряжение 20В и отслеживать частоту обратной связи при стандартном питании 1.8 В, с низким общим энергопотреблением 3.8 мВт в непрерывном режиме.
Результаты исследования показали чувствительность детекции 7.943 × 10−3 μмоль∙ Л−1∙Гц−1 в диапазоне концентраций от 1 до 100 μмоль∙Л−1. Успешное осаждение самособирающихся монослоев на алюминиевых электродах с использованием этиленгликоль алкантиолов также является первым случаем для технологии CMUT, что дополнительно повышает селективность биосенсора.
Эта технология безындикаторного биосенсинга работает в сухих условиях и представляет собой значительный шаг вперед в области микрофабрикованных CMUT-массивов для диагностики в здравоохранении. Благодаря компактной конструкции и внутреннему источнику HV, этот инновационный биосенсор обещает сделать детекцию ДНК более доступной и удобной, чем когда-либо.
Безындикаторная природа биосенсора также снижает стоимость и сложность, связанные с традиционными методами мечения, что делает его привлекательным вариантом для применения у постели больного.
Авторы исследования отмечают, что необходимы дальнейшие исследования для изучения работы биосенсора с более широким спектром биомолекул и в более сложных образцах. Однако текущие результаты обеспечивают прочную основу для разработки биосенсоров следующего поколения, которые будут не только высокочувствительными и специфичными, но и удобными для пользователя и экономически эффективными.