Субота, 29 січня 2022

Навчання

Що, та як - приходять одночасно

Нанотранзистор для вивчення живих клітин

Що за допомогою їх пристрою можна безпосередньо вимірювати рівень рН (водневий показник, у чистої води дорівнює 7, у міру зростання кислотності рідини він зменшується до одиниці) в клітинах і електричні потенціали на різних поверхнях клітинної оболонки. У перспективі за допомогою модифікування сенсора різними біологічними молекулами його роботу можна зробити селективною і відстежувати набагато більш тонкі реакції в надрах клітин.


Найбільш важливим є те, що нанорозмірний датчик, розроблений вченими, настільки малий, що не порушує нутрощів живих клітин, дозволяючи їм працювати в нормальному режимі. Незважаючи на те, що прогрес в області мікроелектроніки вже давно дозволяє отримувати надмініатюрні електричні ланцюги, досі застосувати їх для сенсорних вимірювань у вчених не було можливості - всі подібні пристрої мали лінійну геометрію і виготовлялися на спеціально підготовлених поверхнях.

«Таким чином, ви маєте два великих контакти з різних кінців наноелектронного пристрою з лінійною геометрією і не можете впровадити його в живу клітку без того, щоб не зруйнувати її», - пояснив Лібер, слова якого наводить інтернет-видання Chemistry World.

Тому всі фізичні вимірювання активності живих клітин вченим доводилося проводити за допомогою методики, розробленої ще в 60-х роках минулого століття на основі дуже тонких скляних капілярів. Такий капіляр заповнюється електролітом - розчином будь-якої солі - і має товщину не менше 100 нанометрів. «Зловивши» фрагмент мембрани живої клітини в такий капіляр, можна виміряти, наприклад, струм іонів через її іонні канали. Однак роздільна здатність такого методу невисока, та й клітинна мембрана зазнає значних спотворень при вимірі, що позначається і на якості отримуваних даних.

Лібер і його колеги розробили альтернативний підхід з використанням вигнутого кремнієвого нановолокна, що функціонує в якості польового транзистора. Технологія зростання таких волокон, що є ноу-хау розробників, дозволяє змінювати кут вигину кремнієвого волокна прямо під час його зростання. Сенсор, який виходить таким чином, має товщину всього від 20 нанометрів. Після покриття його поверхні мембранними білками сенсор можна використовувати для проведення вимірювань електрофізичних параметрів живих клітин, не боячись пошкодити оболонку або внутрішності клітини при введенні датчика.

Принцип дії польового транзистора, розташованого недалеко від місця згину волокна, заснований на зміні електропровідності при впливі на нього зовнішніх полів. Вони можуть формуватися всередині клітини в результаті струмів іонів та інших біологічних процесів. Приєднання заряджених біологічних молекул до поверхні нановолокна також може впливати на фізичні характеристики транзистора, зміна яких і є аналітичним сигналом.

Тепер вчені мають намір ускладнити свій пристрій таким чином, щоб, крім замірів електричних потенціалів мембрани і рівня рН, стало можливим вимірювати й інші, більш тонкі біологічні процеси всередині клітин. Для цього потрібно нанести на поверхню нановолокна додаткові біологічно активні молекули.

«Прийшла пора трохи прикрасити наш пристрій хімічними методами, які дозволять вимірювати й інші речі», - підсумував Лібер.

Найпопулярніше на сайті