Обнаружение вызывающих рак желудка бактерий с помощью графена и микрокапель

Исследователи из Университета Осаки создали новый биосенсор на основе графена — материала, состоящего из одноатомного слоя углерода, — для обнаружения бактерий, атакующих слизистую желудка и связанных с раком желудка.

Принцип работы: Когда бактерии взаимодействуют с биосенсором, запускаются химические реакции, которые детектируются графеном. Для обнаружения продуктов реакции исследователи использовали микрофлюидику, чтобы удерживать бактерии в крайне маленьких каплях вблизи поверхности сенсора.

Проблема и решение: Для фиксации бактерий графен покрыли антителами. Однако антитела (~10 нм), хотя и малы, на атомном масштабе по сравнению с графеном достаточно громоздки и блокируют сигнал (эффект Дебаевского экранирования). Чтобы преодолеть это ограничение, учёные решили детектировать не сами бактерии, а химические реакции, которые они проводят в присутствии добавленных в микрокаплю химикатов. Продукты этих реакций намного меньше антител и могут легко достигать поверхности графена.

Преимущества метода:

• Анализ бактерий в микрокаплях позволяет удерживать их и продукты реакций близко к поверхности графена.
• Можно отслеживать концентрацию продуктов реакции во времени.
• Графеновая поверхность в структуре полевого транзистора (FET) генерирует электрические сигналы, которые меняются в зависимости от количества и скорости накопления продукта реакции. По этим сигналам можно рассчитать число бактерий в капле.

Перспективы: Эта технология позволяет создавать множество подобных биосенсоров типа «лаборатория на графеновом FET» для обнаружения различных бактерий. Обнаружение малых концентраций бактерий возможно менее чем за 30 минут, что открывает путь к более быстрой диагностике потенциально опасных бактерий в будущем.