Ученые МФТИ создали "орган чувств" для биосенсоров из меди и оксида графена

Российские учёные из Московского физико-технического института разработали биосенсорные чипы беспрецедентно высокой чувствительности на основе меди вместо традиционного для таких устройств золота. Такая замена не только несколько снизит цену, но и существенно облегчит производство биосенсоров с технологической точки зрения.

Результаты исследования представлены в журнале Langmuir, получившем название в честь американского химика Ирвинга Ленгмюра, который получил Нобелевскую премию по химии 1932 года "за открытия и исследования в области химии поверхностных явлений".

В настоящее время биосенсорные чипы используются ведущими фармацевтическими компаниями для разработки всех видов лекарств. Такие чипы являются незаменимым инструментом для изучения кинетики молекулярных взаимодействий, а ещё они могут стать основой всевозможных химических анализаторов — для выявления опасных веществ в окружающей среде или продуктах питания, поиска молекул-маркеров заболеваний, обнаружения утечек в химической промышленности и т. п.

Ключевой особенностью разработки российских учёных из лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ является использование при создании основного чувствительного элемента биосенсора таких материалов, как медь и оксид графена. Это позволило достичь беспрецедентной чувствительности без значительных изменений в конфигурации биосенсорного чипа, что делает его совместимым с существующими коммерческими биосенсорами, например, такими как Biacore, Reichert, BioNavis или BiOptix..

"Наша разработка — важный этап в развитии технологии производства биологических сенсоров, основанных на фотонных и электронных технологиях, — говорит Валентин Волков, руководитель лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. — Взяв за основу стандартные технологические процессы и медь, объединив их с таким перспективным материалом, как оксид графена, мы продемонстрировали их высокую эффективность и тем самым открыли новое направление исследований в области разработки биологических сенсоров".

Золото — традиционный материал для оптоэлектроники и фотоники. Чувствительный элемент практически всех коммерческих биосенсоров включает золотые плёнки толщиной несколько десятков нанометров. Причины этому — отличные оптические свойства золота и его высокая химическая стабильность. Но у золота есть и серьёзные недостатки. Во-первых, его высокая стоимость. Если сравнивать высокочистые материалы, то золото более чем в 25 раз дороже меди. Во-вторых, золото — материал, несовместимый с микроэлектронным производством, что серьёзно ограничивает массовое производство устройств на его основе.

Этих недостатков лишена медь. Она обладает оптическими свойствами не хуже золота и используется в качестве проводника электричества в современной микроэлектронике, но, что и мешало её использованию в биочипах, быстро окисляется. Проблема окисляемости меди при взаимодействии с окружающей средой была решена исследователями из МФТИ за счёт нанесения поверх металла тонкого, всего 10 нанометров, диэлектрического слоя, который также изменил оптические свойства биосенсорных чипов и сделал их более чувствительными к анализируемым объектам.

Вторая важная особенность новой разработки, позволившая добиться беспрецедентной чувствительности — использование специального слоя из оксида графена поверх медного покрытия и диэлектрика. Оксид графена впервые получен известным химиком, профессором Оксфордского университета, Бенджамином Броди ещё в 1859 году, однако в наше время этот материал фактически получил второе рождение с открытием российскими учёными из Манчестерского университета, выпускниками МФТИ Андреем Геймом и Константином Новосёловым первого двумерного материала — графена. За передовые исследования с графеном они в 2010 году получили Нобелевскую премию по физике. Оксид графена представляет собой углеродную кристаллическую решётку графена с дополнительными оксидсодержащими функциональными группами, которые были использованы в качестве устойчивых неподвижных "якорей" для прикрепления белковых молекул к поверхности. Ранее авторами данной разработки оксид графена уже был использован для увеличения чувствительности стандартных биосенсоров на основе золота. С медью этот материал также продемонстрировал высокую чувствительность.

Использование меди вместо золота в биосенсорных устройствах открывает путь к созданию компактных биосенсорных устройств для мобильных гаджетов, носимой электроники и "умной" одежды благодаря возможности производить биосенсорные чипы с помощью отработанных технологий микроэлектроники. Учёные всего мира и гиганты электронной индустрии, такие как IBM и Samsung, активно работают над созданием компактных биосенсоров, которые можно будет встраивать в электронику, подобно тому как сейчас в наших электронных устройствах присутствуют различные нано- и микроэлектромеханические сенсоры движения (акселерометры и гироскопы). Роль биосенсоров в будущем трудно переоценить, можно с уверенностью сказать, что благодаря им техника приобретёт новый, отсутствующий в настоящее время орган чувств. И в данном случае это не просто метафора: крупнейшие корпорации работают над внедрением искусственного интеллекта, созданием умных гаджетов и разработкой биоинтерфейсов, которые обеспечивают взаимодействие мозга с компьютером. Сочетание этих технологий позволит в будущем создавать полноценные кибернетические организмы.

 

Фото. Юрий Стебунов, старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ. Фотограф: Евгений Пелевин, пресс-служба МФТИ

"Известно, что медь не приемлет воздействия окружающей среды. Мы показали, что защитные диэлектрические плёнки толщиной всего лишь десятки нанометров не только эффективно защищают медь, но в ряде случае позволяют повысить чувствительность биосенсора, — говорит Юрий Стебунов, ведущий автор исследования и старший научный сотрудник лаборатории нанооптики и плазмоники МФТИ. — Мы не останавливаемся на чисто научных исследованиях, наша разработка до конца года станет доступной для потенциальных потребителей. Предложенные нами технологии могут быть использованы для создания миниатюрных сенсоров и нейроинтерфейсов, и это то, над чем мы сейчас работаем".

Источник

Добавить комментарий

Комментарии не должны оскорблять автора текста и других комментаторов. Содержание комментария должно быть конкретным, написанным в вежливой форме и относящимся исключительно к комментируемому тексту.


Защитный код
Обновить

Loading...

Срочные новости

Инженеры Дубны готовят молодую смену

Приборный завод «Тензор» примет участие в инженерном проекте дубненских школьников.

Мегасайнс-детектор нейтрино начал работу

18 сентября в Женеве произошло крупное научное событие: получены первые свидетельства эффективной ра...

В Дубне взыскали долг по зарплате на 18 …

Дубненские судебные приставы добились взыскания задолженности по зарплате в пользу бывших работников...

Перекрывают половину дороги на переезде

С 21 сентября по 24 сентября будет проходить ямочный ремонт  на ж/д переезде ул. Ленинградская...

Реверсивное движение на плотину

20 сентября на участке Дмитровское шоссе от спуска в тоннель до поста ДПС начались работы по укладке...

Реклама

Объявления

Новости бизнеса

«Тензор» готовится выйти на европейский рынок

Приборный завод «Тензор» готовится к аудиту ядерной квалиф...

Аппаратно-программные комплексы резидента ОЭЗ …

Программно-технические средства оповещения населения собст...

УК устранила протечку по обращению жителя в жилинс…

Государственная жилищная инспекция Московской области сообщи...

Денис Буцаев: "Для Подмосковья развитие ОЭЗ …

6 сентября глава инвестиционного блока Подмосковья Денис Б...

Cистемы бесперебойного питания из Дубны прошли исп…

Собственную разработку в сфере российской электроэнергетик...

Мы в соц сетях

VK
ОК
FB
G+

 

Блоги

Подпишитесь на новые события нашего сайта:Подписаться