Точная сборка наночастиц повышает чувствительность биосенсоров

Устройство наночастиц может влиять на чувствительность биосенсоров не меньше, чем их состав. В обзоре, опубликованном в журнале Biomedical Analysis, исследователи Шаньдунского университета в Китае рассмотрели, как сборка наночастиц в упорядоченные структуры помогает обнаруживать биомаркеры заболеваний, в том числе при низких концентрациях.

Авторы выделяют два подхода: сборку структур из одинаковых наночастиц и совместное объединение разных материалов. В первом случае расположение одних и тех же компонентов меняет свойства материала. Во втором — разные вещества дополняют друг друга, например обеспечивая захват молекул и формирование сигнала в одной системе.

Так, структуры на основе оксида меди могут усиливать рамановский сигнал благодаря дефектам в материале, способствующим переносу заряда и связыванию целевых молекул. А сочетание золотых наночастиц с металлоорганическими каркасами позволяет объединить захват молекул и регистрацию сигнала.

Один из описанных в обзоре примеров — сенсор на основе золотых наночастиц, расстояние между которыми точно задаётся с помощью ДНК-тетраэдров. Такая организация усиливает взаимодействие частиц и сигнал рамановской спектроскопии. Для микроРНК-21 — биомаркера, связанного с заболеваниями, — сообщается о пределе обнаружения 1,97 пикомоля на литр.

Структурная сборка может усиливать не только рамановский сигнал, но и флуоресценцию, электрохемилюминесценцию и каталитические реакции, используемые в колориметрических тестах. Это позволяет создавать платформы, которые определяют биомаркеры несколькими способами.

В обзоре также описан сенсор для цистатина C — показателя, связанного с функцией почек. В нём золотые наночастицы собирали с помощью ДНК-тетраэдров, чтобы одновременно проводить колориметрическое и флуоресцентное измерение. Предел обнаружения для колориметрического метода составил 25 нг/мл против 250 нг/мл у исходной системы, а для флуоресцентного — 5 нг/мл.

Платформу проверили на 40 образцах сыворотки крови. Полученные результаты хорошо коррелировали с данными референсного метода — иммуноанализа с усилением частицами и турбидиметрической регистрацией (PETIA). По мнению авторов обзора, сочетание нескольких способов измерения может дать как наглядный результат, так и более чувствительное обнаружение.

Для применения таких сенсоров в клинической практике, однако, остаются препятствия: дефекты структур, воспроизводимость сборки, долговременная стабильность и точность измерений в сложных биологических образцах. Авторы подчёркивают, что эти характеристики требуют дальнейшей проверки.