​​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

  • 20/11/2020

    На форуме в Новосибирске обсудили применение искусственного интеллекта и защиту от вирусов

    Темами прошедшего в Новосибирске пятого Международного форума «Городские технологии» — 2020 стали использование инноваций для модернизации городской инфраструктуры и защита городов от вирусных и бактериологических инфекций.
    419
  • 01/12/2020

    IV Российско-Корейский «День науки»

    ​2 и 3 декабря 2020 года состоится IV Российско-Корейский «День науки», в рамках которого будут обсуждаться вопросы нейронаук, искусственного интеллекта, вирусологии, эпидемиологии и иммунологии.  Организаторы Дней науки Российская академия наук, Российский фонд фундаментальных исследований, а также Корейско-Российский центр сотрудничества по науке и технологиям KORUSTEC и Национальный исследовательский фонд Кореи информируют, что прямая трансляция предстоящих мероприятий будет вестись на канале YouTube.
    27
  • 12/11/2020

    Ученые ТПУ разработали сенсор для оценки антиоксидантной активности продуктов

    Исследователи Томского политеха вместе с коллегами предложили использовать простой и компактный цветовой сенсор на основе оргстекла, который сможет заменить лабораторные методы оценки антиоксидантной активности продуктов, биологически активных добавок (БАД) и лекарственных настоек.
    397
  • 26/05/2020

    Наука будущего: беспилотник на солнечных батареях, обрывы проволоки и молекулярные ножницы

    Как совмещать открытия в медицине и в космической сфере, чем бактериальная целлюлоза поможет экологии планеты и можно ли излечить от болезни, отредактировав ДНК, — в материале портала "Будущее России.
    885
  • 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.
    292
  • 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.
    296
  • 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.
    249
  • 13/02/2019

    Супергидрофильное покрытие для индивидуальных имплантатов предложили ученые ТПУ

    ​Ученые Томского политехнического университета вместе со своими германскими коллегами из университета Дуйсбург-Эссен предложили использовать сферические наночастицы кальций-фосфата в качестве покрытия для имплантатов из сплава ВТ6.
    1215
  • 15/09/2020

    Физики впервые создали модель для предсказания свойств любых молекул

    Группа ученых-физиков под руководством доцента ФФ ТГУ Рашида Валиева создала новую модель для расчета фотофизических характеристик молекул, которая применима для молекул любой природы, в том числе редкоземельных лантаноидов.
    403
  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    985