Ученые из Нидерландов создали первый биосенсор на индивидуальной одностенной углеродной нанотрубке.

Среди электрохимических сенсоров, т.е. устройств, предназначенных для анализа химических соединений в жидких и газообразных средах, отдельно выделяют электрохимические сенсоры для анализа биологических сред, или иначе биосенсоры. Биосенсоры позволяют быстро и с высокой селективностью проводить автоматизированный анализ сложных по составу объектов, определяя глюкозу, холестерин, мочевину, аминокислоты и другие вещества, содержание которых может изменяться от 0.05 мкг/л до 1 мг/л.

Основа биосенсоров - ферментные электроды. Ферменты, или энзимы, это белковые макромолекулы, которые выполняют роль катализаторов в живых организмах. Они делятся на классы в зависимости от катализируемой реакции. Например, ферменты, о которых пойдет речь ниже, катализируют окислительно- восстановительные реакции и относятся к оксидоредуктазам. В электродах чаще всего используют так называемые иммобилизованные ферменты. Иммобилизованный - значит неподвижный, а достигается "неподвижность" (иммобилизация) связыванием фермента с носителем, например, включением ферментов в полимерные или гелевые пленки или ковалентным присоединением их к поверхности полупроницаемых мембран (целлюлозных, поликарбонатных). Это дает ряд преимуществ, например, существенно повышается стабильность, достигается многократное использование. При разработке биосенсоров желательно также уменьшить размер электродов до 10 - 100 нм, т.е. приблизиться к размерам биомолекул.

Ученые из Дельфтского университета создали биосенсор на основе полупроводниковой одностенной нанотрубки. Исследователи сумели иммобилизовать фермент глюкозооксидазу GO_x на единичной одностенной нанотрубке полупроводникового типа, выращенной методом CVD на Si/SiO₂ подложке (рис.1). Исследования с помощью атомной силовой микроскопии показали, что примерно половина поверхности нанотрубки покрыта ферментом. Ученые с использованием электронно-лучевой литографии сформировали электроды из 30 нм слоя золоти 5 нм слоя титана на вершине нанотрубки, и проводили электрические измерения в водных растворах при комнатной температуре.

Выяснилось, что иммобилизация GO_x существенно уменьшила проводимость нанотрубки. Более того, нанотрубки, покрытые GO_x, в отличие от исходных, оказались очень чувствительными к pH среды в диапазоне 4 - 5.5. При pH = 5.5 их проводимость значительно повышается, причем изменения проводимости обратимы. Такие нанотрубки могут быть отличными сенсорами, измеряющими изменения в pH до 0.1. Также выяснилось, что покрытые GO_x полупроводниковые одностенные нанотрубки чувствительны к b-D-глюкозе - при ее добавлении в раствор их проводимость увеличивается (для исходных нанотрубок без GO_x такой эффект отсутствует). Проводимость нанотрубок меняется из-за того, что при каталитической реакции превращения глюкозы в глюконолактон GO_x претерпевает конформационные изменения, группы на GO_x меняют свое зарядовое состояние, молекулы кислорода используются для образования молекул другого продукта - перекиси водорода. Хотя для уточнения механизма работы сенсора требуются дополнительные исследования, работа открывает дорогу к биомолекулярной диагностике.

Источник информации - заметка О.Алексеевой в бюллетене ПерсТ, выпуск 20 за 2003 г.