Сенсоры из наногрибов — один материал, множество применений
Небольшой прямоугольник розового стекла размером с почтовую марку — это наноплазмонный материал. Его поверхность покрыта миллионами наноструктур из золота. Такие материалы поглощают и рассеивают свет особым образом, что даёт им уникальные сенсорные свойства.
Исследователи из подразделения Микро/Био/Нанофлюидики Окинавского института науки и технологий (OIST) создали новый биосенсорный материал для мониторинга процессов в живых клетках в реальном времени.
Подсчёт делящихся клеток
Один из новых биосенсоров команды способен вместить большое количество клеток на одной подложке и отслеживать их пролиферацию (рост и деление) в реальном времени. Ключевая особенность материала — клетки остаются жизнеспособными на нём более семи дней, что редкость для наноматериалов. Сенсор обладает высокой чувствительностью: он может обнаружить увеличение количества клеток всего на 16 из 1000.
Поверхность материала покрыта крошечными грибовидными структурами — наногрибами, со «стеблем» из диоксида кремния (SiO2) и «шляпкой» из золота. Они работают как оптические антенны. Когда белый свет проходит через слайд, наногрибы изменяют его свойства. Это изменение зависит от среды вблизи наногрибов, например, от клеток на слайде. Измеряя вышедший свет, можно отслеживать процессы на поверхности сенсора, такие как деление клеток, без использования меток (красителей).
Масштабирование производства
Учёные OIST разработали новую методику печати для создания крупномасштабных биосенсоров из наногрибов. Метод позволяет создавать материалы с однородной поверхностью, содержащей около миллиона наноструктур на подложке размером 2.5 см × 7.5 см.
Техника похожа на штамповку: «штамп», покрытый «чернилами» из биологических молекул, переносит их на плазмонный слайд. Эти молекулы повышают чувствительность материала, позволяя обнаруживать крайне низкие концентрации веществ (например, антител) и потенциально диагностировать заболевания на самых ранних стадиях. Метод позволяет создавать биосенсоры, способные детектировать даже одиночные молекулы.
Наноплазмонные сенсоры перспективны для многих областей: от электроники и контроля качества пищевых продуктов до медицины. В будущем такие материалы могут быть интегрированы с новыми технологиями, например, с беспроводными системами в микрофлюидных устройствах, что позволит снимать показания дистанционно и минимизировать риск загрязнения.