Этот биосенсор видит смерть за километр. Павлин + нанозолото = новое лекарство от рака?
NewsMakerПока вы живёте спокойно — внутри может прятаться болезнь. И теперь мы знаем, как загнать её в угол.
Быстрая и доступная диагностика заболеваний остаётся одной из ключевых задач современной медицины. Традиционные лабораторные тесты требуют транспортировки биоматериалов в специализированные центры, что делает процесс долгим и затратным. В отличие от них, технологии point-of-care позволяют выявлять признаки заболеваний непосредственно у постели пациента или в полевых условиях — быстро, точно и без сложного оборудования.
Учёные Института геномной биологии Карла Р. Уиза при Иллинойсском университете в Урбана-Шампейн предложили усовершенствованные биосенсоры , способные значительно повысить чувствительность таких тестов и сократить время диагностики.
Вдохновением для технологии послужил природный феномен — переливающиеся павлиньи перья. Их окраска не связана с пигментами, а обусловлена сложными наноструктурами, известными как фотонные кристаллы. Они точно регулируют отражение и поглощение света, благодаря чему возникает характерный оптический эффект.
Именно фотонные кристаллы легли в основу новой разработки. Их способность управлять светом на наноуровне позволяет создавать устройства, улавливающие малейшие следы биомаркеров — специфических молекул, сигнализирующих о заболевании на ранней стадии.
Ранее команда профессора Брайана Каннингема из Института наносенсоров Иллинойсского университета представила сенсоры на базе фотонных кристаллов, усиливающие флуоресценцию с помощью золотых наночастиц . Они служили своеобразными оптическими метками, облегчая обнаружение молекул-мишеней.
Однако у технологии был серьёзный недостаток. Золотые наночастицы усиливают свечение только при оптимальном расстоянии от источника сигнала. Если они расположены слишком близко, эффект обратный — сигнал подавляется, и чувствительность сенсора снижается.
Чтобы устранить эту проблему, учёные разработали новый класс криогенных наноассемблий — упорядоченных структур из золотых наночастиц, формирующихся в процессе быстрого криозамораживания.
Принцип работы таких сборок основан на явлении самоорганизации — универсальном механизме природы, благодаря которому, например, образуются планетные системы или формируются цепочки ДНК. При объединении в единую структуру оптические свойства наночастиц кардинально меняются, что позволяет контролировать взаимодействие света и вещества с высокой точностью.
Эксперименты показали: интеграция криогенных наноструктур с фотонными кристаллами обеспечила 200-кратное усиление флуоресцентного сигнала по сравнению с немодифицированной платформой. Кроме того, удалось практически устранить эффект подавления свечения, что повысило точность обнаружения биомаркеров даже при их крайне низкой концентрации.
Следующим шагом стало внедрение дополнительной уникальной особенности — магнитной управляемости. Свет представляет собой электромагнитное излучение, но большинство сенсоров используют лишь его электрическую составляющую. Магнитный компонент традиционно остаётся незадействованным.
В журнале APL Materials команда представила усовершенствованные магнитно-плазмонные криогенные наноассемблии, интегрированные в фотонную кристаллическую платформу. Такая конструкция позволяет задействовать обе составляющие света, расширяя возможности управления его свойствами на наномасштабе.
Для проверки эффективности платформы использовался флуорофор — вещество, излучающее свет при возбуждении. Эксперименты продемонстрировали рекордную чувствительность сенсора — на уровне аттомолярных концентраций, что позволяет выявлять минимальные количества биомаркеров, включая молекулы, свидетельствующие о развитии рака или инфекционных заболеваний на самых ранних стадиях.
Учёные Института геномной биологии Карла Р. Уиза при Иллинойсском университете в Урбана-Шампейн предложили усовершенствованные биосенсоры , способные значительно повысить чувствительность таких тестов и сократить время диагностики.
Вдохновением для технологии послужил природный феномен — переливающиеся павлиньи перья. Их окраска не связана с пигментами, а обусловлена сложными наноструктурами, известными как фотонные кристаллы. Они точно регулируют отражение и поглощение света, благодаря чему возникает характерный оптический эффект.
Именно фотонные кристаллы легли в основу новой разработки. Их способность управлять светом на наноуровне позволяет создавать устройства, улавливающие малейшие следы биомаркеров — специфических молекул, сигнализирующих о заболевании на ранней стадии.
Ранее команда профессора Брайана Каннингема из Института наносенсоров Иллинойсского университета представила сенсоры на базе фотонных кристаллов, усиливающие флуоресценцию с помощью золотых наночастиц . Они служили своеобразными оптическими метками, облегчая обнаружение молекул-мишеней.
Однако у технологии был серьёзный недостаток. Золотые наночастицы усиливают свечение только при оптимальном расстоянии от источника сигнала. Если они расположены слишком близко, эффект обратный — сигнал подавляется, и чувствительность сенсора снижается.
Чтобы устранить эту проблему, учёные разработали новый класс криогенных наноассемблий — упорядоченных структур из золотых наночастиц, формирующихся в процессе быстрого криозамораживания.
Принцип работы таких сборок основан на явлении самоорганизации — универсальном механизме природы, благодаря которому, например, образуются планетные системы или формируются цепочки ДНК. При объединении в единую структуру оптические свойства наночастиц кардинально меняются, что позволяет контролировать взаимодействие света и вещества с высокой точностью.
Эксперименты показали: интеграция криогенных наноструктур с фотонными кристаллами обеспечила 200-кратное усиление флуоресцентного сигнала по сравнению с немодифицированной платформой. Кроме того, удалось практически устранить эффект подавления свечения, что повысило точность обнаружения биомаркеров даже при их крайне низкой концентрации.
Следующим шагом стало внедрение дополнительной уникальной особенности — магнитной управляемости. Свет представляет собой электромагнитное излучение, но большинство сенсоров используют лишь его электрическую составляющую. Магнитный компонент традиционно остаётся незадействованным.
В журнале APL Materials команда представила усовершенствованные магнитно-плазмонные криогенные наноассемблии, интегрированные в фотонную кристаллическую платформу. Такая конструкция позволяет задействовать обе составляющие света, расширяя возможности управления его свойствами на наномасштабе.
Для проверки эффективности платформы использовался флуорофор — вещество, излучающее свет при возбуждении. Эксперименты продемонстрировали рекордную чувствительность сенсора — на уровне аттомолярных концентраций, что позволяет выявлять минимальные количества биомаркеров, включая молекулы, свидетельствующие о развитии рака или инфекционных заболеваний на самых ранних стадиях.