​​Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике. Он показал высокую чувствительность к целому ряду маркеров сердечно-сосудистых заболеваний, в частности, холестерина. Их трудно детектировать с помощью традиционных оптических сенсоров на основе драгоценных металлов. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 8,758; Q1).

Сенсор работает на принципах поверхностно усиленной рамановской спектроскопии (SERS). Основной материал для сенсора — тонкие пленки из теллурида молибдена (MoTe2) — ранее был получен учеными из Университета Глазго. Томские политехники протестировали возможности этого материала для избирательного обнаружения маркеров сердечно-сосудистых заболеваний на фоне других молекул с близким строением. В частности, исследователи обращали внимание на ситостерол, холестерин, сквален, холестан. Накопление этих соединений в крови человека является ранним признаком развития сердечно-сосудистых заболеваний.

«Рамановская спектроскопия в биомедицинских исследованиях — альтернатива методам диагностики, основанным на иммуноферментном анализе или хроматографии. Она не требует сложного дорогостоящего оборудования, специальной подготовки проб, к тому же может использоваться как мобильный экспресс-метод. Обычно для рамановских спектрометров используют сенсоры на основе драгоценных металлов. Но в последние годы все более популярными становятся сенсоры на основе плоских двумерных материалов, например, графена. У них большая удельная поверхность, и они достаточно чувствительны. Тем не менее в этой области остается еще много неизвестного, и исследователи постоянно ищут новые материалы для сенсоров», — говорит один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова.

У предложенного сенсора простой дизайн. На кремниевую подложку исследователи нанесли тонкие пленки теллурида молибдена, причем толщина каждого слоя менее одного нанометра. Эксперименты показали, что оптимальное число слоев для получения нужного качества сигнала равно пяти.

«Маркеры сердечно-сосудистых заболеваний — это гидрофобные соединения, они как бы стремятся избежать контакта с водой. Из-за этого они неравномерно распределяются по поверхности сенсоров, и их трудно определить. Также они могут окисляться на поверхности сенсора, и часто их сигналы перекрываются с сигналами от подложки. Все это касается сенсоров на основе драгоценных металлов. В итоге мы получаем недостаточный предел обнаружения и воспроизводимости, — отмечает Ольга Гусельникова. — А в случае с теллуридом молибдена нам удалось равномерно распределить модельный раствор по поверхности сенсора. И эксперименты показали, что мы можем определить маркеры с точностью до наномоля. Другими словами, присутствия одной молекулы маркера в миллиарде молекул раствора достаточно для получения качественного спектра и отслеживания молекулы».

С фундаментальной точки зрения, у сенсора есть еще одна важная особенность —  в нем реализуется альтернативный механизм усиления рамановского сигнала. Если сенсоры на основе золота или серебра усиливают сигнал за счет сложного физического процесса, то здесь усиление происходит химически.

«Нужные нам молекулы маркеров взаимодействуют c поверхностью теллурида молибдена и образуют комплексные соединения на поверхности сенсора, которые далее детектируются с помощью рамановского спектрометра. Такой механизм дает более высокую селективность сенсора и позволяет обнаруживать молекулы с небольшими отличиями в структуре», — пояснила Ольга Гусельникова.

Пресс-служба Томского политехнического университета

Источники

Новый сенсор в биоаналитике
Научная Россия (scientificrussia.ru), 26/10/2020

Похожие новости

  • 10/12/2020

    Томские ученые модифицируют покрытия для имплантов с помощью ксенона

    ​​​Научная коллаборация Томского политехнического университета (ТПУ), Сибирского государственного медуниверситета (СибГМУ) и Балтийского федерального университета разработала технологию нанесения кальций-фосфатных покрытий на медицинские импланты в газовой среде; исследование показало, что использование ксенона делает покрытия более долговечными, сообщает 9 декабря пресс-служба ТПУ.
    682
  • 20/09/2021

    Ученые томского вуза разработали установку, продлевающую жизнь костных имплантов на 10 лет

     Ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разработали и передали одному из крупнейших производителей имплантатов в России - ООО "ОСТЕОМЕД-М" - оборудование для улучшения костных имплантов и медицинских инструментов.
    323
  • 29/12/2020

    Наталья Гусева: «2020 год потребовал самоотверженности и готовности к переменам»

    ​Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Наталья Гусева поделилась результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказала о целях и задачах на будущий год.​   Уходящий год стал точкой отсчета новой реальности для всего мира, и, чтобы в нее «встроиться», нам пришлось многое пересмотреть и изменить в своей деятельности.
    1766
  • 15/12/2020

    Международная команда физиков изучила радиационные свойства озона

    ​​Полученные результаты помогут осуществлять контроль качества озонового слоя, который участвует в формировании атмосферы и климата Земли, влияет на качество воздуха, охраняет планету от жесткого ультрафиолетового излучения.
    720
  • 10/03/2021

    Изучение планктона цифровой голографической камерой поможет экологии

    Ученые лаборатории радиофизических и оптических методов изучения окружающей среды РФФ ТГУ нашли способ определять загрязнения водоемов по планктону. Основной инструмент – цифровая голографическая камера.
    517
  • 26/10/2020

    Более 300 ученых обсуждают в ТПУ методы получения изотопной продукции

    ​26 октября в Томском политехническом университете стартовала VI Международная научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Изотопы: технологии, материалы и применение». В конференции принимают участие более 300 молодых ученых, аспирантов и студентов из России, Казахстана, Чехии, Китая, Беларуси.
    1153
  • 10/02/2021

    Учёные исследуют высокоэнтропийные сплавы – материалы нового класса

    Учёные и аспиранты кафедры естественнонаучных дисциплин СибГИУ (участник НОЦ «Кузбасс») в содружестве с коллегами из Института сильноточной электроники СО РАН, Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    918
  • 26/07/2021

    «Движущая сила науки – интерес»: физик из США в Томске изучает озон

    ​Профессор университета Центральной Флориды (США) Вячеслав Кокоулин приехал в Томский госуниверситет для работы над проектом «Озон: радиационные свойства на пороге диссоциации, процессы формирования, релаксации и распада; спектроскопическое обеспечение для моделирования спутниковых наблюдений».
    420
  • 07/12/2020

    Единственное в России производство радиофармпрепарата с таллием-199 запущено на циклотроне ТПУ

    ​На циклотроне Томского политехнического университета запущено производство радиофармпрепарата «Таллия хлорид, 199Tl» на основе радиоактивного изотопа таллия-199. На сегодняшний день оно единственное в России.
    1020
  • 29/12/2020

    Дмитрий Седнев: «Наша школа играет роль интегратора»

    ​Директор Инженерной школы неразрушающего контроля и безопасности ТПУ Дмитрий Седнев поделился результатами, которых достиг коллектив школы в 2020 году, и рассказал о целях и задачах на будущий год.
    1199