Совместная группа исследователей из США и Китая разработала новый гибкий биосенсор, позволяющий фиксировать широкий спектр человеческих метаболитов, в том числе глюкозы, мочевой кислоты и холестирина. Устройство сделано из наноструктурированных полимерных гидрогелей. При этом оно очень чувствительно – позволяет обнаружить метаболиты в одной капле крови.

Большинство созданных ранее биосенсоров содержат ряд электронных материалов, позволяющих обнаружить только один вид метаболита. Практически ни один материал, применяемый для формирования электродов, не позволяет расширить применение устройств на несколько метаболитов.

В отличие от них устройство, разработанное совместной группой исследователей из University of Texas (США) и Nanjing University (Китай) содержит проводящий полимерный гидрогель, позволяющий обнаружить целый спектр молекул.

Таким образом,

опубликованная работа является первым шагом в направлении изготовления простых и недорогих интегрированных на чип массивов датчиков, использующих только один материал в качестве электродов.

Гидрогели представляют собой трехмерные полимерные сети, которые могут удерживать большое количество воды без растворения и имеют структуру во многом похожую на биологические ткани. Стоит отметить, что эти вещества довольно просты в обращении и обработке, поэтому ученые часто рассматривают их в качестве основы для своих разработок.

Новое устройство, предложенное совместной исследовательской группы, использует в качестве электрода проводящий полимерный гидрогель, содержащий платиновые наночастицы.

Для получения работоспособного образца ученые последовательно осаждали прекурсоры гидрогеля, платиновые наночастицы и специфические ферменты на стеклоуглеродном электроде, что позволило сформировать гибридный биэлектрод (платиновые наночастицы в данном случае используются для катализа образования перекиси водорода в ферментативной реакции; сами же ферменты нужны для увеличения тока, т.е. усиления сигнала, формируемого устройством).

Система, состоящая из гидрогеля, платиновых наночастиц и ферментов работает очень хорошо и позволяет обнаруживать различные метаболиты в концентрациях, присутствующих в человеческой крови. К примеру, биосенсор позволяет обнаружить мочевую кислоту с концентрацией в диапазоне 0,07 – 1 mM, холестерин с концентрацией 0,3 – 9 mM, триглицериды с концентрацией 0,2 – 5 mM. Причем, результат может быть получен в течение трех секунд.

Способность быстро и легко выявлять упомянутые метаболиты чрезвычайно важна для мониторинга здоровья пациентов в клинической диагностике.

На данный момент биосенсор позволяет выявлять молекулы, «отвечающие» за сахарный диабет, подагру и болезни сердечнососудистой системы. Следующим этапом работы, как говорят ученые, будет расширение спектра метаболитов, которые позволяет выявлять прибор.

В перспективе предложенная учеными схема соединения полимерных гидрогелей с ферментами для получения биосенсоров на чипе может быть масштабирована на коммерческое производство, поскольку отличается достаточно низкой стоимостью. Команда исследователей также отмечает, что уже сейчас они пытаются создать биосенсоры, которые будут подключаться к портативным терминалам при помощи беспроводного подключения.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.