Традиционные медицинские тесты часто требуют отправки клинических образцов для анализа в специализированные лаборатории. Это длительный и дорогостоящий процесс. В отличие от них, диагностика на месте оказания медицинской помощи — это недорогие, простые в использовании и быстрые тесты, которые проводятся непосредственно у постели больного.
Недавно исследователи из Института геномной биологии Карла Р. Вёзе сообщили о новых и оптимизированных методах разработки более совершенных биосенсоров для раннего обнаружения биомаркеров заболеваний.
Вдохновение природой
Люди издавна восхищаются переливами павлиньих перьев, которые, кажется, меняют цвет, когда свет падает на них под разными углами. Эти цвета возникают не из-за пигментов, а из-за взаимодействия света с наноструктурами, называемыми фотонными кристаллами, расположенными на поверхности перьев.
Учёные вдохновились природой и использовали возможности этих фотонных кристаллов для создания биосенсорных технологий. Благодаря своей способности манипулировать поглощением и отражением света, фотонные кристаллы могут быть точно настроены для различных целей.
Наносенсоры
Группа наносенсоров в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне под руководством профессора электротехники и вычислительной техники Брайана Каннингема разработала биосенсоры на основе фотонных кристаллов, которые усиливают флуоресценцию с помощью наночастиц золота. Они действуют как метки для обнаружения различных молекулярных биомаркеров.
Однако, хотя эта инновационная технология позволяет обнаруживать молекулы биомаркеров на низком уровне, она всё ещё нуждается в дальнейшем улучшении.
Преодоление ограничений
В статье, опубликованной в MRS Bulletin, исследовательская группа стремилась преодолеть это ограничение, представив новый класс криосорет наноассамблей. Эти организованные структуры, состоящие из субъединиц наночастиц золота, формируются путём быстрой криогенной заморозки.
«Самоорганизация — это фундаментальный принцип природы, будь то формирование планетарных систем в космологии или точная организация нуклеотидов в ДНК», — сказал Симэш Бхаскар, научный сотрудник IGB в рамках исследовательской темы CGD и ведущий автор исследования. «То, что отдельные наночастицы не могут осуществить в одиночку, становится возможным благодаря их коллективной организации. По сути, речь идёт об инженерном управлении оптическим поведением — как структурно, так и функционально — посредством продуманного дизайна».
Интегрируя эти криосорет наноассамблеи со специально разработанными фотонными кристаллами, флуоресценция продемонстрировала 200-кратное усиление сигнала по сравнению с одним фотонным кристаллом. Это показало, что тушение флуоресценции было эффективно минимизировано, что делает эту технологию перспективным направлением для обнаружения низких концентраций биомаркеров.
В дальнейшем команда планирует продолжить оптимизацию криосорет наноассамблей для нацеливания на конкретные биомаркеры, такие как микроРНК, циркулирующая опухолевая ДНК и вирусные частицы, для раннего обнаружения рака и инфекционных заболеваний. Они надеются, что при дальнейшем совершенствовании технологии диагностики на месте смогут удовлетворить насущную потребность в чувствительных, доступных и развёртываемых системах биосенсинга.