Календарь дайджеста

Апрель 2018
ПН ВТ СР ЧТ ПТ СБ ВС
 << <   > >> 
            1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30            

Новости онкологии

13 апреля 2018

Ученые МФТИ сделали первые в мире биосенсоры из меди и оксида графена

Российские ученые из Московского физико-технического института разработали биосенсорные чипы беспрецедентно высокой чувствительности на основе меди вместо традиционного для таких устройств золота. Такая замена не только несколько снизит цену, но и существенно облегчит производство биосенсоров с технологической точки зрения. Результаты исследования представлены в журнале Langmuir, получившем название в честь американского химика Ирвинга Ленгмюра, который получил Нобелевскую премию по химии 1932 года «за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений».

Ученые МФТИ сделали первые в мире биосенсоры из меди и оксида графена

Иллюстрация. Биосенсорные чипы из меди и оксида графена – это будущее многих технологий.
Дизайнер: Lion_on_helium, пресс-служба МФТИ.

В настоящее время биосенсорные чипы используются ведущими фармацевтическими компаниями для разработки всех видов лекарств. Такие чипы являются незаменимым инструментом для изучения кинетики молекулярных взаимодействий, а еще они могут стать основой всевозможных химических анализаторов – для выявления опасных веществ в окружающей среде или продуктах питания, поиска молекул-маркеров заболеваний, обнаружения утечек в химической промышленности и т.п.

Ключевой особенностью разработки российских ученых из лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ является использование при создании основного чувствительного элемента биосенсора таких материалов, как медь и оксид графена. Это позволило достичь беспрецедентной чувствительности без значительных изменений в конфигурации биосенсорного чипа, что делает его совместимым с существующими коммерческими биосенсорами, например такими, как Biacore, Reichert, BioNavis или BiOptix.

«Наша разработка – важный этап в развитии технологии производства биологических сенсоров, основанных на фотонных и электронных технологиях, – говорит Валентин Волков, руководитель лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. – Взяв за основу стандартные технологические процессы и медь, объединив их с таким перспективным материалом, как оксид графена, мы продемонстрировали их высокую эффективность и тем самым открыли новое направление исследований в области разработки биологических сенсоров».

Золото – традиционный материал для оптоэлектроники и фотоники. Чувствительный элемент практически всех коммерческих биосенсоров включает золотые пленки толщиной несколько десятков нанометров. Причины этому – отличные оптические свойства золота и его высокая химическая стабильность. Но у золота есть и серьезные недостатки. Во-первых, его высокая стоимость. Если сравнивать высокочистые материалы, то золото более чем в 25 раз дороже меди. Во-вторых, золото – материал, несовместимый с микроэлектронным производством, что серьезно ограничивает массовое производство устройств на его основе.

Этих недостатков лишена медь. Она обладает оптическими свойствами не хуже золота и используется в качестве проводника электричества в современной микроэлектронике, но, что и мешало ее использованию в биочипах, быстро окисляется. Проблема окисляемости меди при взаимодействии с окружающей средой была решена исследователями из МФТИ за счет нанесения поверх металла тонкого – всего 10 нанометров – диэлектрического слоя, который также изменил оптические свойства биосенсорных чипов и сделал их более чувствительными к анализируемым объектам.

Вторая важная особенность новой разработки, позволившая добиться беспрецедентной чувствительности, – использование специального слоя из оксида графена поверх медного покрытия и диэлектрика. Оксид графена впервые получен известным химиком, профессором Оксфордского университета, Бенджамином Броди еще в 1859 году, однако в наше время этот материал фактически получил второе рождение с открытием российскими учеными из Манчестерского университета, выпускниками МФТИ Андреем Геймом и Константином Новосёловым первого двумерного материала – графена. За передовые исследования с графеном они в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике. Оксид графена представляет собой углеродную кристаллическую решетку графена с дополнительными оксидсодержащими функциональными группами, которые были использованы в качестве устойчивых неподвижных «якорей» для прикрепления белковых молекул к поверхности. Ранее авторами данной разработки оксид графена уже был использован для увеличения чувствительности стандартных биосенсоров на основе золота. С медью этот материал также продемонстрировал высокую чувствительность.

Использование меди вместо золота в биосенсорных устройствах открывает путь к созданию компактных биосенсорных устройств для мобильных гаджетов, носимой электроники и «умной» одежды благодаря возможности производить биосенсорные чипы с помощью отработанных технологий микроэлектроники. Ученые всего мира и гиганты электронной индустрии, такие как IBM и Samsung, активно работают над созданием компактных биосенсоров, которые можно будет встраивать в электронику, подобно тому как сейчас в наших электронных устройствах присутствуют различные нано- и микроэлектромеханические сенсоры движения (акселерометры и гироскопы). Роль биосенсоров в будущем трудно переоценить, можно с уверенностью сказать, что благодаря им техника приобретет новый, отсутствующий в настоящее время орган чувств. И в данном случае это не просто метафора: крупнейшие корпорации работают над внедрением искусственного интеллекта, созданием умных гаджетов и разработкой биоинтерфейсов, которые обеспечивают взаимодействие мозга с компьютером. Сочетание этих технологий позволит в будущем создавать полноценные кибернетические организмы.

Ученые МФТИ сделали первые в мире биосенсоры из меди и оксида графена

Фото. Юрий Стебунов, старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники
Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Фотограф: Евгений Пелевин, пресс-служба МФТИ.

«Известно, что медь не приемлет воздействия окружающей среды. Мы показали, что защитные диэлектрические пленки толщиной всего лишь десятки нанометров не только эффективно защищают медь, но в ряде случае позволяют повысить чувствительность биосенсора, – говорит Юрий Стебунов, ведущий автор исследования и старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. – Мы не останавливаемся на чисто научных исследованиях, наша разработка до конца года станет доступной для потенциальных потребителей. Предложенные нами технологии могут быть использованы для создания миниатюрных сенсоров и нейроинтерфейсов, и это то, над чем мы сейчас работаем».

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда №17-79-20345. Для получения дополнительной информации об этой и других разработках посетите веб-сайт лаборатории нанооптики и плазмоники по адресу: nano.phystech.edu.

Ссылка на оригинальную статью: Yu.V. Stebunov, D.I. Yakubovsky, D.Yu. Fedyanin, A.V. Arsenin, V.S. Volkov. Superior sensitivity of copper-based plasmonic biosensors. Langmuir DOI: 10.1021/acs.langmuir.8b00276 (2018).

Источник: МФТИ

 
Служба «Ясное утро». Всероссийская горячая линия психологической помощи онкологическим больным и их близким
Content

Уважаемые коллеги

При обнаружении ошибки просим информировать нас об этом.

Имя

E-mail *

Местонахождение ошибки *

Подробнее: в каком абзаце ошибка, в чем она состоит *

Картинка с кодом

Обновить картинку Прослушать код Введите код:

Согласен Данный веб-сайт содержит информацию для специалистов в области медицины. В соответствии с действующим законодательством доступ к такой информации может быть предоставлен только медицинским и фармацевтическим работникам. Нажимая «Согласен», вы подтверждаете, что являетесь медицинским или фармацевтическим работником и берете на себя ответственность за последствия, вызванные возможным нарушением указанного ограничения. Информация на данном сайте не должна использоваться пациентами для самостоятельной диагностики и лечения и не может быть заменой очной консультации врача.

Сайт использует файлы cookies для более комфортной работы пользователя. Продолжая просмотр страниц сайта, вы соглашаетесь с использованием файлов cookies, а также с обработкой ваших персональных данных в соответствии с Политикой конфиденциальности.