Ученым Института спектроскопии Российской академии наук под руководством заместителя директора, доктора физико-математических наук Олега Николаевича Компанеца, совместно с сотрудниками Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, удалось разработать принципиально новый высокоточный определитель (биосенсор) соединений, токсичных для ДНК, – передет STRF.

В качестве датчиков этих веществ используются наноконструкции самих молекул ДНК, способные изменять свои оптические свойства при взаимодействии с токсикантами. Изменение оптических свойств, в свою очередь, регистрируется оригинальным прибором, разработанным авторами. Ученые особо отмечают, что поскольку «мишенью» действия биологически активных соединений являются структурные элементы наноконструкций, представляющие собой, по существу, наносенсоры, новые устройства определения токсичных веществ будут еще более компактными и дешевыми.

Макет новой биосенсорной системы уже успешно опробован и, по мнению авторов, может найти широкое применение в медицинских учреждениях, ориентированных на прямое определение присутствия в жидкостях токсичных для ДНК веществ. В качестве интегральных биодатчиков используются молекулы ДНК, иммобилизованные в оптически прозрачных, изотропных и химически нейтральных гидрогелях и обладающие аномальной оптической активностью. Регистрирующим прибором является компактный одноволновой дихрометр, преобразующий оптический сигнала кругового дихроизма.

Наноконструкции ДНК микроскопического размера (~ 0,5 мкм) получают из двухцепочечных молекул ДНК путем формирования наномостиков (хелатных «сшивок», состоящих из чередующихся молекул антибиотика антрациклиновой группы — дауномицина и ионов Cu²⁺) между соседними молекулами, фиксированными в пространственной структуре частиц лиотропнойхолестерической жидкокристаллической дисперсии (ХЖКД). Частицы ХЖКД предварительно иммобилизуются в составе синтетического полимерного матрикса, представляющего собой продукт трехмерной радикальной полимеризации бис-макромономера полиэтиленоксида (ПЭО). Параметры трехмерной структуры ПЭО обеспечивают фиксацию частиц наноконструкций ДНК без нарушения их пространственной организации и реакционной способности в течение длительного времени при комнатной температуре.

Формирование наноконструкций ДНК сопровождается появлением аномальной оптической активности в области поглощения хромофоров дауномицина (~520 нм). Наличие и концентрация биологически активных соединений в диффундирующей в гидрогель анализируемой жидкости определяются по величине регистрируемого дихрометром изменения сигнала КД биодатчика только в одной, указанной выше полосе в видимом диапазоне спектра. Разработанное устройство может быть также использовано для измерения скорости диффузии различных жидкостей в гелевом нанобиоматериале.