Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из разных стран разработали новый сенсор с двумя слоями наноразмерных пор. В экспериментах он показал эффективность в качестве сенсора для одного из допинговых веществ из «зеркальных» молекул. Результаты исследования опубликованы в журнале Biosensors and Bioelectronics (IF: 10,257; Q1). 


Фото: образцы сенсоров 

Материал представляет собой тонкую пластину с порами 20-30 нанометров в диаметре. На них исследователи вырастили слой металлорганических каркасов из ионов цинка и органических молекул. Каркас имеет поры размером всего около трех нанометров. Он играет роль ловушки для молекул, которые необходимо обнаружить.  

«Этот сенсор может работать с хиральными, или «зеркальными», молекулами. Таких веществ много среди лекарств, биологически активных соединений. Их особенность в том, что они состоят из пары энантиомеров — это, по сути, одинаковые молекулы с одинаковой структурой и физическими свойствами, но они являются зеркальными отражениями друг друга. Из-за этого отличия энантиомеры могут оказывать разный биологический эффект, вплоть до того, что один может быть полезным, а второй наносить вред. Сложность в том, что в биологической пробе нужно уметь детектировать оба энантиомера. Наша научная группа специализируется на создании хиральных сенсоров, работающих на эффекте плазмонного резонанса. Здесь у нас уже есть целый спектр интересных эффективных материалов-сенсоров, но в этой работе мы предложили совершенно новую структуру», — говорит доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Павел Постников

Если на этот материал направить свет (например, луч лазера), на поверхности золотой пористой пленки возникает эффект плазмонного резонанса. Именно он является источником аналитического сигнала, который можно считывать портативным рамановским спектрометром. По этому сигналу и можно определить, что за вещество «поймано» металлорганическим каркасом и в каком объеме. Вся процедура анализа занимает менее пяти минут. 

«Что дала нам полученная структура? Во-первых, мы сразу два плазмонных эффекта — поверхностный, так как он возникает у поверхности пленки, и локализованный в порах. При другой структуре такой синергии не добиться. Во-вторых, поры дважды служат нам фильтром и позволяют отделять нужное нам вещество от других компонентов крови, которые могут заблокировать сенсор», — говорит автор статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова. 

Чувствительность сенсоров исследователи проверяли не только на модельных растворах, но и на плазме и сыворотке крови, в которые было добавлено допинговое вещество. В экспериментах были задействованы два сенсора: каждый отвечал за определение конкретного энантиомера этого вещества.
«Стандартные методы для определения хиральных соединений, например, хроматография, являются дорогостоящими и требуют сложного оборудования, навыков работы на нем. Наши сенсоры подходят для портативных рамановских спектрометров, которые значительно дешевле и проще в использовании», — отмечает Ольга Гусельникова.
В исследовании принимали участие ученные из Университета химии и технологии Праги, Университета Квинсленда (Австралия), Корейского института электронных технологий и Корейского института промышленных технологий, Национального института материаловедения (Япония). Работа поддержана грантом по программе повышения конкурентоспособности Томского политеха.

Справка: 

Статьи научной группы, посвященные хиральным сенсорам:

Источники

Ученые разработали сенсор с нанопорами для обнаружения допинга в крови
Томский политехнический университет (tpu.ru), 12/03/2021

Похожие новости

  • 27/10/2020

    Новый сенсор в биоаналитике

    ​​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.
    511
  • 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.
    476
  • 28/10/2020

    Российские ученые нашли экологически чистую замену углю

    Улучшить свойства доступных видов биотоплива смогли ученые Томского политехнического университета (ТПУ). По словам авторов, им удалось получить из торфа и отрубей экологически чистое топливо, не уступающее по эффективности бурому углю.
    1007
  • 11/12/2020

    Почему земля вкусная: ученые ТПУ ищут "рецепт" от загадочных болезней

    ​​​Ученые Томского политеха (ТПУ) отправились в экспедицию на Алтай, где будут методами биогеохимии изучать причины геофагии (поедания почвы) животных. Такие исследования прошли в Приморье и предстоят в Забайкалье, в комплексе они расскажут, как окружающая среда и геология местности влияют на живые организмы.
    529
  • 03/03/2021

    Новый материал для лечения сложных ожогов разрабатывают химики ТГУ

    Молодой ученый химического факультета Томского госуниверситета Олеся Лапуть работает над созданием материала, способствующего ускорению регенерации повреждённых кожных покровов. Основным инструментом для достижения этой цели выступает обработка потоками низкотемпературной плазмы, модифицирующей поверхность импланта.
    559
  • 15/12/2020

    Научная группа приступила к разработке трёх новых подходов к неинвазивной диагностике вирусных и бактериальных инфекций

    Научная группа, в которую вошли сотрудники Томского, Саратовского, Московского государственных университетов и Университета Олбани (США), в рамках мегагранта приступила к разработке трёх новых подходов к неинвазивной диагностике вирусных и бактериальных инфекций.
    500
  • 10/11/2020

    Томские ученые исследуют механизмы развития и прогрессирования постинфарктного ремоделирования сердца

    Ученые НИИ кардиологии Томского НИМЦ с коллегами из ТГУ и СибГМУ исследуют роль костных морфогенетических белков (bone morphogenetic proteins, BMP) в процессе развития неблагоприятного постинфарктного ремоделирования сердца.
    406
  • 03/12/2020

    Создан дешевый и точный сенсор для биологических жидкостей

    ​​Исследователи Сколтеха и их коллеги из России и Израиля разработали новый, простой и недорогой метод тестирования образцов биологических жидкостей, который может быть доработан для использования в клинической практике, в том числе для тестирования образцов в режиме реального времени в процессе операции.
    675
  • 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.
    540
  • 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.
    263