Специалисты из Массачусетского технологического института разработали и изготовили образцы первых в своем роде датчиков, способных обнаруживать единичные молекулы белков и других сложных органических соединений. Более того эти датчики справляются со своей работой даже в том случает, если искомые молекулы спрятаны внутри живых клеток. Такие датчики, состоящие из химически модифицированных углеродных нанотрубок, позволят ученым прослеживать даже самые малые отклонения баланса организма от нормы, вызванные вирусными инфекциями, к примеру, производить поиски посторонних веществ в пищевых продуктах и использоваться в производстве белковых соединений для медицинской и фармацевтической промышленности.

В лаборатории профессора Майкла Странно (Michael Strano) в свое время уже был разработан ряд нанотрубочных датчиков, способных регистрировать молекулы определенных соединений. В этих датчиках используется явление флуоресценции, вторичного излучения света при облучении нанотрубок светом лазера с определенными параметрами. Для превращения нанотрубки в датчик ее поверхность покрывается короткими цепочками молекул ДНК и молекулами органических соединений, способных химически связываться с молекулами искомых соединений. Когда искомая молекула связывается с молекулой на поверхности нанотрубки, это приводит к изменению параметров переизлучаемого света, что регистрируется высокочувствительным фотодатчиком.

Одной из больших проблем, которые удалось преодолеть ученым, была проблема осуществления надежного крепления молекул-детекторов к поверхности нанотрубок. Все предыдущие подобные попытки заканчивались не очень удачно из-за того, что прикрепленные различными способами к нанотрубке молекулы частично или полностью теряли свою восприимчивость (химическую активность) по отношению к другим молекулам. Данная проблема была решена путем введения в молекулы ДНК специальной последовательности, выступающей в роли «распорки». Эта «распорка» не позволяла молекула контактировать с соседними молекулами, что полностью сохраняло ее изначальные химические свойства.

Для демонстрации работоспособности новой идеи ученые изготовили датчики на основе сигнального белка RAP1, который был «настроен» на определенный белок, вырабатываемый вирусом HIV1. Но такой подход может работать и по отношению к любому другому виду белковых соединений.

Для повышения чувствительности процесса обнаружения молекул белков используется матрица из активированных нанотрубок, которая помещается перед объективом специального микроскопа-камеры. И в таком случае чувствительность датчика столь высока, что для его срабатывания хватает единственной клетки животного или растительного происхождения, внутри которой скрываются молекулы или молекула искомого белка. Единственным минусом данного подхода является то, что чем меньше концентрация искомых белков, тем дольше длится процесс их обнаружения, и при некоторых условиях время обнаружения может стремиться к бесконечности.

Ученые считают, что основной областью применения разработанных ими датчиков может стать персонифицированная медицина, в которой используются клетки, изъятые у пациента. Эти клетки проходят через некоторые модификации, позволяющие им бороться с заболеванием, и помещаются назад в организм того же самого человека. Новые датчики позволят следить за процессами модификации клеток, что, в свою очередь, позволит выдерживать все параметры процесса и получать на его выходе 100-процентный гарантированный результат.