Углеродные нанотрубки образуют сверхчувствительный биосенсор для обнаружения белков

Кластер углеродных нанотрубок, покрытый тонким слоем полимера, распознающего белки, образует биосенсор, способный с помощью электрохимических сигналов обнаруживать ничтожные количества белков. Это может стать новым важным диагностическим инструментом для выявления ряда заболеваний, сообщает команда исследователей из Бостонского колледжа в журнале Nature Nanotechnology.

Биосенсор на основе нанотрубок доказал способность обнаруживать человеческий ферритин (основной белок, запасающий железо в клетках) и онкобелок E7, полученный из вируса папилломы человека (HPV). Дальнейшие тесты с кальмодулином показали, что сенсор может различать варианты этого белка, принимающие разную форму, согласно данным междисциплинарной команды биологов, химиков и физиков.

Методы молекулярного импринтинга показали, что полимерные структуры можно использовать при разработке сенсоров, способных распознавать определённые органические соединения, но распознавание белков представляло собой сложную задачу. Команда использовала массивы похожих на проволоку нанотрубок (примерно в 300 раз тоньше человеческого волоса), покрытых непроводящим полимерным слоем, способным распознавать белки с чувствительностью на уровне субпикограмм на литр.

Ключевую роль в работе сенсора играют отпечатки молекул белка внутри непроводящего полимерного покрытия. Поскольку эти отпечатки уменьшают толщину покрытия, данные области полимера регистрируют более низкий уровень импеданса по сравнению с остальным полимерным изолятором при контакте с зарядами, присущими белкам, и ионизированным солевым раствором. Когда молекула белка попадает в своё зеркальное отображение, она заполняет пустоту в изоляторе, позволяя нанотрубкам зарегистрировать соответствующее изменение импеданса, сигнализирующее о присутствии белка, поясняет соавтор работы Донг Цай, доцент-исследователь биологии в Бостонском колледже.

Обнаружение можно считывать в реальном времени, а не после дней или недель лабораторного анализа. Это означает, что метод молекулярного импринтинга на нанотрубках может проложить путь для биосенсоров, способных обнаруживать вирус папилломы человека или другие вирусы на недели раньше, чем это позволяют существующие диагностические методы. В отличие от поиска антител к HPV или клеточного иммунного ответа после первоначального заражения, сенсор на нанотрубках может отслеживать непосредственно белок HPV. Кроме того, для безындикаторных электрохимических методов обнаружения не требуется химический маркер.

«В случае некоторых заболеваний никто не может быть уверен, почему человек заболел, — говорит Цай. — Может быть известно лишь то, что это, возможно, вирус. В этот момент у пациента могут отсутствовать обнаруживаемые сывороточные антитела. Так что в критически важное для постановки диагноза время следов вируса может не быть. Вы, по сути, упускаете свой шанс. Теперь мы можем обнаруживать поверхностные белки самого вируса с помощью молекулярного импринтинга и проводить анализ».