Биочип для быстрого генетического скрининга тысяч молекул

Группа материаловедов и инженеров из Стэнфордского университета совместно с коллегами из ETH Zürich и Университета Вашингтона в Сент-Луисе разработала биочип для скрининга тысяч молекул, успешно протестированный на живом вирусе. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Современные методы генетического анализа для тестирования молекул, основанные на технологии нуклеиновых кислот, часто требуют амплификации образцов, что может приводить к ингибированию. В новой работе учёные предложили иной подход: биочип с крошечными кремниевыми ячейками для скрининга молекул. Такая конструкция позволяет детектировать до 160 000 молекул на одном чипе площадью всего 1 см².

Чип создан путём формирования множества кремниевых ячеек, расположенных на поверхности в виде массивов. Размер каждой ячейки составляет 160 нанометров в ширину, 600 нм в длину и 500 нм в высоту. Конструкция ячеек, дополненных наноантеннами, позволяет фокусировать ближний инфракрасный свет, подаваемый снизу, на их верхних поверхностях. Это даёт контроль над дальним рассеянием поля, что позволяет измерять сдвиги в длинах волн света, выходящего из ячейки, и таким образом определять структуру молекулы.

Для тестирования чипа исследователи нанесли на ячейки 22 одноцепочечных фрагмента генов и поместили их в буферный раствор. Раствор способствовал соединению комплементарных цепей ДНК с прикреплёнными, вызывая сдвиг длины волны света от каждой ячейки. Чип показал способность идентифицировать 4000 копий целевых генов на микролитр буферного раствора.

По мнению авторов, биочип может использоваться как в диагностических целях, так и в исследованиях. В подтверждение его эффективности учёные использовали его для детекции фрагментов гена SARS-COV-2.