Химики разработали инновационные наносенсоры для множества белков

Химики из Университета Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU) разработали новый метод параллельного анализа белков, который в принципе способен идентифицировать сотни или даже тысячи различных белков. Его можно использовать для обнаружения вирусов и определения их типа в крошечных образцах. При этом метод очень экономичен и быстр.

"Мы видим возможные применения этой техники в медицине, где её можно было бы использовать, например, для быстрой диагностики широкого спектра заболеваний. Её было бы почти так же легко использовать, как тест-полоску для беременности", — сказал профессор Карстен Зённихсен из Института физической химии. Тест включает нанесение крошечной капли крови, слюны или другой биологической жидкости на небольшую тест-полоску, которая затем помещается в устройство, разработанное в Институте физической химии JGU. Это устройство способно идентифицировать специфические белки в жидкости и, таким образом, позволяет быстро и надёжно отличать безвредные микроорганизмы от опасных патогенов.

Чтобы обнаружить множество различных веществ в небольшом образце, сенсоры должны быть как можно меньше, предпочтительно размером с наночастицы. Команда учёных Зённихсена создала сенсор размером не больше булавочной головки, способный проводить сотню различных индивидуальных тестов на площади всего в одну десятую квадратного миллиметра. «Тест-полоски» состоят из стеклянных капиллярных трубок, на внутренних поверхностях которых находятся золотые наночастицы в качестве сенсорных элементов. "Сначала мы подготавливаем наши наночастицы с помощью коротких цепочек ДНК, каждая из которых связывается с определённым типом белка", — пояснил Джанак Прасад, разработавший метод функционализации. Когда белок стыкуется с одной из этих специальных цепочек ДНК, называемых аптамерами, соответствующая наночастица меняет свой цвет. Изменения цвета можно обнаружить с помощью спектрометра. Для этого капиллярные трубки помещают под микроскоп, спроектированный, собранный и оснащённый необходимым программным обеспечением командой химиков из Майнца.

"Мы демонстрируем новый подход для мультиплексного анализа, который обнаруживает несколько белков одновременно, пропуская жидкость мимо случайно расположенных золотых наностержней", — пояснила Кристина Росман, первый автор исследования. Команда из Института физической химии JGU использовала четыре различных белка-мишени, чтобы продемонстрировать жизнеспособность новой концепции, её способность обнаруживать концентрации в наномолярном диапазоне и возможность повторного использования сенсоров для более чем одного анализа. "Мы видим потенциал для расширения нашего метода до одновременного обнаружения сотен или даже тысяч различных целевых веществ", — утверждают авторы в своей статье, опубликованной в июньском номере журнала Nano Letters за 2013 год. Недорогое серийное производство сенсоров возможно при использовании передовых методов нанопроизводства, таких как нанопечать или оптическое улавливание.

Существует множество возможных применений теста для множества мишеней в одной процедуре. Недорогие сенсоры могли бы напрямую использоваться врачами в их практике для обнаружения и различения различных типов вирусов гриппа, которыми могут быть инфицированы их пациенты. Кроме того, эта техника также подошла бы для обнаружения присутствия токсинов в окружающей среде или в пище, особенно в жидкостях, таких как молоко или детское питание, или присутствия допинга или других запрещённых препаратов.