На основе графена создали ДНК-сенсоры

Сотрудники Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне впервые создали биосенсоры на основе графена, которые способны обнаруживать ДНК раковых клеток в крови пациента. О разработке авторы сообщили в журнале Nature Communications.

«Наш новый датчик может обнаруживать сверхнизкие концентрации молекул, которые являются маркерами заболевания, что важно для их ранней диагностики, — отмечает руководитель исследования, профессор биоинженерии Иллинойсского университета Рашид Башир. — Он очень чувствителен, недорог, прост в использовании и по-новому использует свойства графена».

Графен — слой графита толщиной в один атом — это популярный недорогой материал для электронных датчиков. Однако разработанные до сих пор датчики нуклеиновых кислот требуют амплификации — выделения фрагмента ДНК или РНК и многократного копирования его в пробирке. Этот процесс очень долог и может привести к ошибкам.

Поэтому авторы новой работы решили увеличить детектирующую способность графена до такой степени, чтобы с помощью него можно было проводить анализ без предварительной амплификации ДНК. Однако вместо того, чтобы использовать традиционные способы модификации поверхности этого материала, которые ученые использовали ранее для улучшения его электронных свойств, исследователи создали тонкий лист пластика, растянули его, положили графен, а затем сняли напряжение с пластикового листа. Из-за этого графен сжался и его поверхность стала как бы смятой.

Затем ученые проверили способность нового датчика воспринимать ДНК и связанную с раком микроРНК как в буферном растворе, так и в неразбавленной сыворотке крови человека и увидели, что его производительность улучшилась в десятки тысяч раз по сравнению с плоским графеном. По словам авторов, им удалось получить самую высокую чувствительность, когда-либо полученную при электрическом обнаружении биомолекул.

Чтобы определить причину такого увеличения мощности сенсора, исследовательская группа использовала компьютерное моделирование для изучения электрических свойств смятого графена и того, как ДНК физически взаимодействует с поверхностью датчика. Они обнаружили, что полости в графене служат ловушкой для привлечения и удержания молекул ДНК и РНК. Кроме того, в материале возникли деформации, которые изменили его электрические свойства (в частности, ширину запрещенной зоны), создав энергетический барьер для проходящих через него электронов. Это сделало его более чувствительным к электрическим зарядам на молекулах нуклеиновых кислот.

Источник: https://indicator.ru/medicine/grafena-dnk-sensory-24-03-2020.htm.