. Российские ученые вместе с зарубежными коллегами создали биосенсор на основе графена и нуклеиновых цепочек для определения плесневых токсинов в вине. Сверхвысокая чувствительность и скорость работы устройства делает его отличной альтернативой дорогим и сложным классическим методам и рекордсменом среди датчиков в своем классе. Результаты работы опубликованы в журнале Biosensors & Bioelectronics.
Продукт, пораженный плесенью, нельзя употреблять в пищу, даже если убрать испорченную часть: к этому времени мицелий грибка уже пророс по всему объему и распространил микотоксины, опасные для здоровья человека и животных. Это касается и вина. Если сусло было заражено грибком, приготовленным из него напитком можно серьезно отравиться.
© Фото: Пресс-служба МИЭТБиосенсор на основе графена и нуклеиновых цепочек для определения плесневых токсинов в вине
© Фото: Пресс-служба МИЭТ
Биосенсор на основе графена и нуклеиновых цепочек для определения плесневых токсинов в вине
Важно отслеживать наличие микотоксинов в вине еще до того, как оно окажется на прилавке магазина или на праздничном столе. Для этих целей традиционно используют высокоэффективную жидкостную хроматографию-масс-спектрометрию и иммуноферментный анализ, сообщил доктор технических наук, ведущий научный сотрудник Научно-образовательного центра "Зондовая микроскопия и нанотехнологии" Национального исследовательского университета "МИЭТ" Иван Бобринецкий.
"Это высокоточные методы, но довольно трудоемкие и требующие привлечения специалиста. Вино, которое производится на крупных винодельнях, постоянно проходит такую проверку, но у домашних виноделов доступа к контрольному оборудованию может не быть. Мы предложили простой в использовании, быстрый и рекордно чувствительный биосенсор для определения микотоксинов", — рассказал он.
Ученые НИУ МИЭТ и Института общей физики имени А. М. Прохорова РАН совместно с сербскими и американскими коллегами представили биосенсор на основе графеновых полевых транзисторов и аптамеров — коротких цепочек ДНК. Эти цепочки специфически связываются с наиболее встречающимся микотоксином – охратоксином А, который вырабатывают плесневые грибки из рода Аспергилл и Пеницилл.
При попадании в организм это вещество нарушает работу нервной и иммунной систем, почек, печени, а при частом употреблении может вызвать развитие раковых опухолей. Большая его опасность в том, что оно не может быть обезврежено ни химической обработкой, ни нагреванием.
Датчик представляет собой кремниевую подложку с металлическими дорожками. На них перенесен слой графена, а на него химически "подвешены" аптамеры. Принцип работы биосенсора основан на том, что аптамеры при связывании с охратоксином изменяют свою конфигурацию (наподобие сворачивания в спираль в цепочке ДНК). Этого оказывается достаточно, чтобы повлиять на количество путешествующих электронов в графене.
В результате изменяются электрические свойства материала, что можно увидеть при помощи специальных измерительных приборов, подключенных к биосенсору. Чем выше концентрация определяемого вещества в образце, тем сильнее будет сигнал.
Для удобства получившиеся чипы заключили в крошечные контейнеры, куда можно налить исследуемый образец — достаточно всего лишь капли. Авторы опробовали разработку на предварительно загрязненном охратоксином А красном и белом вине. Биосенсоры смогли обнаружить рекордно низкие концентрации вещества — триллионные доли моль на литр, что на два порядка ниже допустимого значения. Сигнал появлялся уже менее, чем через минуту, а в некоторых случаях – через 10 секунд.
"Наши биосенсоры показали рекордные скорость и точность выявления охратоксина А по сравнению с другими существующими устройствами. Пробоподготовка образцов максимально проста, калибровка не требуется, а очистка чипов не представляет сложностей. Разработанный биосенсор содержит 30 графеновых датчиков. Набор аптамеров можно расширить, чтобы определять больше опасных для человека соединений за раз", — заключил Иван Бобринецкий.
Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда (РНФ).
Автор новости
