МФТИ сделал первые в мире биосенсорные чипы из меди и оксида графена

Ученые из МФТИ создали сверхчувствительные биосенсоры на базе графена и меди, гораздо более дешевые и простые в изготовлении, чем их золотые аналоги, говорится в статье, опубликованной в журнале Langmuir.

"Мы не останавливаемся на научных исследованиях, наша разработка до конца года станет доступной для потенциальных потребителей. Предложенные нами технологии могут быть использованы для создания миниатюрных сенсоров и нейроинтерфейсов. Это то, над чем мы сейчас работаем", — заявил Юрий Стебунов из Московского Физтеха, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Биосенсоры представляют собой различные микрочипы и другие электронные приборы, способные распознавать химический состав и структуру сложных биологических молекул по тому, как они взаимодействуют со светом, электричеством и другими формами энергии.

Подобные датчики начали активно развиваться в последние годы, и сейчас физики, химики, биологи и инженеры работают над созданием не только простых приборов, способных находить следы различных опасных молекул и раковых клеток в организме, но и устройств, умеющих "сортировать" и определять видовой состав микробов и вирусов за секунды.

Главной проблемой всех подобных устройств, как рассказывают Стебунов и его коллеги, заключается в том, что все их ключевые элементы сегодня изготовляются из золота и других благородных металлов, отличающихся высокой химической инертностью и стойкостью к окислителям.

Высокая стоимость золота – далеко не единственная и даже не главная проблема таких датчиков. В отличие от алюминия и меди, золото не совместимо с современными технологиями "печати" микрочипов, что фактически делает биосенсоры продуктами "ручной" работы, что резко повышает их цену и не позволяет производить их в больших количествах.

В свою очередь, медь и алюминий имеют свои собственные недостатки. Алюминий совместим только с ультрафиолетовыми источниками света, а тонкие пленки меди, как считали раньше физики, будут окисляться при контакте с воздухом и быстро приходить в негодность.

Российские ученые смогли решить эту проблему, поместив пластинку из меди внутрь своеобразного "сэндвича" из трех других материалов – стеклянной подложки с одной стороны, и тонкой прослойки из оксида кремния и графена – с другой.

Подобный прием не только защитил медь от окисления, но и заметно повысил чувствительность биодатчиков, позволив им достичь и даже превзойти уровень их золотых "конкурентов". Вдобавок, графен позволяет подобным сенсорам взаимодействовать с множеством белков и других биомолекул, которые не соединяются с оксидом кремния или медью.

Работу этих датчиков ученые проверили на наборах различных коротких цепочек ДНК, отдельные буквы в которых были помечены при помощи особой версии авидина, белка, присутствующего в яйцах птиц и рептилий. Эти опыты показали, что биосенсоры считывали только "нужные" типы молекул и обладали сверхвысокой чувствительностью.

Как надеются ученые, их разработка найдет применение не только в лабораториях, но и станет базой для различных датчиков в смартфонах и устройств, помогающих мозгу человека "общаться" с электроникой.