Новый сенсор посылает электронный сигнал при обнаружении эстрогена

Исследователи из Университета Виктории в Веллингтоне (Новая Зеландия) разработали новый сенсор, способный обнаруживать низкие уровни E2 — одного из основных гормонов эстрогена — в жидкостях. При наличии эстрогена сенсор посылает электронный сигнал. В перспективе он может использоваться для тестирования уровня эстрогена в биологических жидкостях или для проверки водоемов на загрязнение эстрогеном, представляющее риск для человека и окружающей среды.

Сенсор, описанный в статье в Journal of Vacuum Science and Technology B, отличается простой конструкцией, дает показания в реальном времени, может быть интегрирован в электронную систему мониторинга и потребляет очень мало энергии.

Принцип работы

Устройство использует короткие фрагменты ДНК, называемые аптамерами, для связывания с молекулами эстрогена.

«Аптамеры — потенциально мощный инструмент для сенсоров, потому что они очень универсальны и избирательны», — сказала Натали Планк, исследователь в области изготовления наноматериальных устройств.

Исследователи присоединили свои эстроген-связывающие аптамеры к ключевой части устройства: полевому транзистору на тонкой пленке из углеродных нанотрубок (CNT FET). Такие транзисторы работают подобно традиционным, но используют углеродные нанотрубки вместо кремния.

Результаты тестирования

После присоединения аптамеров к нанотрубкам устройства протестировали в буферном растворе, выбранном из-за свойств, схожих с биологическими жидкостями. Были испытаны два разных эстроген-связывающих аптамера: длиной 35 и 75 звеньев.

• В присутствии эстрогена устройство с коротким аптамером (35 звеньев) генерировало электрический сигнал.
• Устройство с длинным аптамером (75 звеньев) сигнала не производило.

Объяснение механизма

Ученые предполагают, что это связано со свойствами буферного раствора. При помещении буфера на CNT FET напряжение заставляет его молекулы формировать электрически стабильный двойной слой над транзистором. Молекулы эстрогена, захваченные коротким аптамером, нарушают этот слой, что изменяет ток через устройство. Молекулы, захваченные длинным аптамером, вероятно, удерживаются выше этого слоя и не создают сигнал.

Планк отмечает, что если бы вместо буфера использовалась вода (где электрически чувствительный слой был бы толще), длинный аптамер, возможно, тоже производил бы сигнал.

Перспективы

В дальнейшем группа планирует испытать устройство в более сложных условиях, например, с реальными биологическими жидкостями, такими как моча. Исследователи могут не ограничиваться детекцией эстрогена. Прелесть сенсоров на основе аптамеров и CNT FET в том, что аптамеры можно легко заменить на другие, нацеленные на иную молекулу.

«Это очень универсальный способ создания сенсора», — отметила Планк.