Открытие подмосковных ученых повысит точность диагностики различных заболев

Группа исследователей Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН из подмосковного Пущино синтезировала соединение, которое защищает поверхность микрочипов от загрязнений, а также позволяет управлять их гидрофобностью (стремлением избежать контакта с водой). Разработка поможет повысить точность анализов сложных биологических проб при выявлении различных патогенов и биомаркеров заболеваний, что повлияет на уровень и качество диагностики в медицине. Результаты исследования опубликованы в журнале Analytical Chemistry.

Биологические микрочипы — один из перспективных инструментов медицинской диагностики, однако все они имеют значительный недостаток: их поверхность подвержена неспецифической адсорбции («загрязнению»), на фоне которой различить полезный сигнал сложнее. Это приводит к снижению чувствительности анализатора. Помимо этого для повышения эффективности анализа желательно научиться управлять свойствами поверхности, например уметь изменять степень ее гидрофобности. Так, гидрофобные покрытия, отталкивающие воду, облегчают доставку анализируемых веществ к связывающим центрам и поэтому хорошо подходят для их сбора, а гидрофильные свойства поверхности обеспечивают высокочувствительную детекцию сигнала. До настоящего времени эти задачи не были решены.

Разработанное учеными из лаборатории наноструктур и нанотехнологий ИТЭБ РАН покрытие для микрочипов применяется следующим образом. К исходной гидрофильной поверхности микрочипа ковалентно «пришивается» соединение, содержащее большое количество атомов фтора. Такое фторированное покрытие гидрофобно и обладает низкой адгезией (сцеплением), что важно при выявлении сверхнизких количеств аналита. Особенность способа анализа в том, что диффузионные ограничения преодолеваются благодаря гидрофобным свойствам покрытия. После связывания искомых веществ оно легко удаляется химически при помощи специального реагента и гидрофильная поверхность микрочипа восстанавливается. Таким образом одновременно решаются обе проблемы твердофазного анализа.

«Можно провести такую бытовую аналогию: мы надеваем резиновые перчатки и работаем в них с чем-то грязным, в результате грязь налипает на перчатках. Потом, когда надо, мы их снимаем вместе с налипшей грязью, при этом руки остаются чистыми. На микрочипах происходит то же самое: необходимо различить полезный сигнал на фоне «грязи» — неспецифически адсорбированных белков, всегда присутствующих в пробах сложного биологического состава. Использование нашего подхода, при котором «защитное» покрытие микрочипа химически удаляется вместе с адсорбированными на нем белками, позволяет детектировать очень слабые сигналы и таким образом значительно повысить точность анализа сложных биологических проб», — пояснил автор идеи, заведующий лабораторией, ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН Юрий Шляпников.

В результате получился простой, быстрый и вместе с тем высокочувствительный метод анализа. С его помощью можно определять различные патогенные вирусы, бактериальные токсины, биомаркеры заболеваний, в том числе онкологических. Ученые полагают, что метод может найти широкомасштабное применение в диагностических лабораториях. Исследование получило грант Российского научного фонда.

Согласно целям национального проекта «Наука» Россия должна войти в первую пятерку стран, ведущих разработки в приоритетных областях.

2021 год объявлен в России Годом науки и технологий. Это позволит узнать больше о научных достижениях в нашей стране и сделать работу ученого более привлекательной для молодежи.