Биосенсоры - будущее медицины

Репортаж на сайте издания "Научная Россия":

http://scientificrussia.ru/materials/biosensors-future-of-medicine

Атомные весы стали еще точнее. Биосенсор, разработанный выпускниками физфака и химфака МГУ, получил новую модификацию, а вместе с ней еще 2 патента и удобное программное обеспечение. На этом ученые не останавливаются: моделируют прибор под конкретные задачи и уже практически завершили проект по созданию сенсора на простатоспецифический ген рака.

Идея создания биосенсора возникла еще в 2004 году. Тогда автор проекта – Глеб Киселев, учился на 2м курсе физфака МГУ и занимался изучением зондовой микроскопии под руководством профессора Игоря Яминского. Весы назвали атомными по аналогии с атомно-силовым микроскопом, изобретенным несколькими годами ранее. Оба прибора работают как в воздухе, так и в жидких средах и фиксируют измерения при помощи кантилевера – крошечной консольной балки, закрепленной подобно трамплину в бассейне.

- В атомно-силовом микроскопе, поясняет разработчик весов и генеральный директор ООО «Академия биосенсоров» Глеб Киселев, - кантилевер при помощи иголочки сканирует поверхность объекта. Но, как выяснилось, его можно использовать и другим способом – в качестве весов. Если на его поверхность садятся молекулы, либо на ней адсорбируется какое-то вещество, у кантилевера меняется поверхностное натяжение и резонансная частота колебаний. Он отклоняется от исходного положения, и луч лазера, направленный на его кончик, уже отражается под другим углом, что сразу же фиксирует фотодетектор. При этом весы высокочувствительны: деформация кантилевера на 1нм смещает луч лазера на 1 микрон, то есть погрешность биосенсора не превышает 10%.

Весы относительно компактны – их масса не превышает 5кг, меньше просто нельзя – тогда прибор будет улавливать сейсмические шумы.

Главное отличие нового прибора от предыдущих модификаций - наличие нескольких пар «лазер – кантилевер». Обычно их 4 или 8. Именно набор балочек и лазеров помогает сделать процесс избирательным – определять поверхностное натяжение только тех компонентов раствора, которые необходимы.

- Компьютер распознает вещества подобно электронному носу, - рассказывает Глеб Киселев. - У человека в носу 4 рецептора, которые отвечают за восприятие запахов. Это 4 определенных белка. В зависимости от того, как они по-разному реагируют, наш мозг может отличить один запах от другого. Также и несколько кантилеверов. С помощью нанесения на них специфического покрытия на базе антител или ДНК-aптамеров, мы можем наверняка сказать, какое это вещество. Если это постороннее вещество, оно не свяжется с поверхностью, если искомое – вызовет отклик.

Как и в случае с атомным микроскопом, программа обработки данных позволяет следить за показаниями биосенсора в режиме онлайн и отображает на экране все механические подстройки прибора. Необходимо направить луч лазера на самый кончик кантилевера – тогда измерение получится наиболее точным.

- Разными цветами показаны отклонения концов всех 8 консолей в зависимости от времени, - объясняет научный сотрудник ООО «Академия биосенсоров» Дмитрий Колесов. - Эти 2 величины записываются в файл. По сути, результат измерений прибора - это 2 столбика цифр.

По всему миру с помощью кантилеверов проводилось множество исследований. Например, на его кончике производили микровзрывы, что помогло более детально изучать взрывчатку. Однако прибор, схожий с разработкой Глеба Киселева, смогли сконструировать пока только в Швейцарии. Как и атомно-силовой микроскоп профессора Яминского, атомные весы собирают в самом МГУ, а также на заводе «Союз». 95% деталей выполняют на дорогостоящем немецком оборудовании, приобретенном на субсидию правительства Москвы. Сначала модель создают на компьютере, а потом переводят в программу по обработке металлов. Пока что это сугубо научный прибор, но уже есть первые покупатели: институт пищевых производств, Институт Элементоорганических Соединений им. А.Н. Несмеянова РАН , а также химический факультет МГУ.

Атомные весы с 8 кантилеверами появились в 1м квартале этого года и стали фактически универсальной платформой для создания сенсоров прямого действия. Моделируя прибор под разные задачи, можно определять небольшие утечки газа, чистоту питьевой воды, массу вируса или бактериальной клетки и даже отдельного атома с точностью до 10 ^-19г, обеспечить контроль допингов, лекарств и антител в спортиндустрии. А в будущем, уверены разработчики, такие весы будут незаменимы в прикроватной диагностике – когда анализы больному требуется проводить прямо в палате.