Новые ДНК-сенсоры на основе графена могут идентифицировать рак
Инженеры из Университета штата Канзас исследуют возможности графена — углеродного материала толщиной в один атом.
Викас Берри, доцент химической инженерии, возглавляет исследования по объединению биологических материалов с графеном.
«Биологический интерфейс графена выводит этот материал на новый уровень. Открытый всего четыре года назад, он уже показал множество возможностей. Мы первыми проводим биоинтегрированные исследования с графеном».
Для изучения графена исследователи используют атомно-силовой микроскоп.
«Это увлекательный материал для работы. Самая значительная особенность графена в том, что электроны могут перемещаться без помех со скоростями, близкими к скорости света, при комнатной температуре. Обычно для этого нужно приблизиться к 0 Кельвинам (около -450 °F)».
Разработки и исследования
ДНК-сенсор на основе графена
Когда электроны движутся по графену, их скорость меняется при столкновении с ДНК. Это изменение фиксируется путём измерения электропроводности. Работа опубликована в Nano-Letters.
«Большинство ДНК-сенсоров — оптические, а наш — электрический. Мы сотрудничаем с исследователями из Гарвардской медицинской школы для обнаружения раковых клеток в крови».
Графен с антителами и бактериями
Исследователи нагружают графен антителами и пропускают по его поверхности бактерии.
«Большинство исследователей сосредотачиваются на чистом графене, а мы делаем его "грязным"».
Берри и аспирант Нихар Моханти использовали бактерии, часто встречающиеся в рисе, и соединили их с графеном. Они обнаружили, что графен с прикреплёнными антителами оборачивается вокруг отдельной бактерии, которая остаётся живой в течение 12 часов.
Возможные применения включают высокоэффективную батарею на бактериях, где бактерии типа Geobacter, способные производить электроны, оборачиваются графеном для выработки электричества. Исследование было представлено на конференциях Американского физического общества и Американского института инженеров-химиков.
«Материаловедение и биология — две в значительной степени изолированные области. Если объединить их, возможности станут огромными. Например, бактерию можно рассматривать как машину с компонентами молекулярного масштаба».
Другие направления
В своей докторской работе Берри использовал бактерии для создания датчика влажности.
В другом текущем исследовании его группа разработала «молекулярную пружину», сжимая и растягивая молекулярные соединения между наночастицами. Эта технология может быть использована для создания молекулярных таймеров, где действие пружины от декомпрессированной молекулы на чипе может, например, запускать цепь.
Для растяжения молекул аспирант Кабир Джасужа предложил поместить устройство в центрифугу, чтобы растягивать молекулы центробежной силой. Эта работа опубликована в журнале Small.