Ученые Томского политехнического университета, Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) первыми предложили использовать двухмерный материал — тонкие пленки из теллурида молибдена — в качестве сенсорa в биоаналитике. Он показал высокую чувствительность к целому ряду маркеров сердечно-сосудистых заболеваний, в частности, холестерина. Их трудно детектировать с помощью традиционных оптических сенсоров на основе драгоценных металлов.

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces (IF: 8,758; Q1).

Сенсор работает на принципах поверхностно усиленной рамановской спектроскопии (SERS). Основной материал для сенсора — тонкие пленки из теллурида молибдена (MoTe₂) — ранее был получен учеными из Университета Глазго. Томские политехники протестировали возможности этого материала для избирательного обнаружения маркеров сердечно-сосудистых заболеваний на фоне других молекул с близким строением. В частности, исследователи обращали внимание на ситостерол, холестерин, сквален, холестан. Накопление этих соединений в крови человека является ранним признаком развития сердечно-сосудистых заболеваний.

«Рамановская спектроскопия в биомедицинских исследованиях — альтернатива методам диагностики, основанным на иммуноферментном анализе или хроматографии. Она не требует сложного дорогостоящего оборудования, специальной подготовки проб, к тому же может использоваться как мобильный экспресс-метод. Обычно для рамановских спектрометров используют сенсоры на основе драгоценных металлов. Но в последние годы все более популярными становятся сенсоры на основе плоских двумерных материалов, например, графена. У них большая удельная поверхность, и они достаточно чувствительны. Тем не менее в этой области остается еще много неизвестного, и исследователи постоянно ищут новые материалы для сенсоров», — говорит один из авторов статьи, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Ольга Гусельникова.

У предложенного сенсора простой дизайн. На кремниевую подложку исследователи нанесли тонкие пленки теллурида молибдена, причем толщина каждого слоя менее одного нанометра. Эксперименты показали, что оптимальное число слоев для получения нужного качества сигнала равно пяти.

«Маркеры сердечно-сосудистых заболеваний — это гидрофобные соединения, они как бы стремятся избежать контакта с водой. Из-за этого они неравномерно распределяются по поверхности сенсоров, и их трудно определить. Также они могут окисляться на поверхности сенсора, и часто их сигналы перекрываются с сигналами от подложки. Все это касается сенсоров на основе драгоценных металлов. В итоге мы получаем недостаточный предел обнаружения и воспроизводимости, — отмечает Ольга Гусельникова. — А в случае с теллуридом молибдена нам удалось равномерно распределить модельный раствор по поверхности сенсора. И эксперименты показали, что мы можем определить маркеры с точностью до наномоля. Другими словами, присутствия одной молекулы маркера в миллиарде молекул раствора достаточно для получения качественного спектра и отслеживания молекулы».

С фундаментальной точки зрения, у сенсора есть еще одна важная особенность — в нем реализуется альтернативный механизм усиления рамановского сигнала. Если сенсоры на основе золота или серебра усиливают сигнал за счет сложного физического процесса, то здесь усиление происходит химически.

«Нужные нам молекулы маркеров взаимодействуют c поверхностью теллурида молибдена и образуют комплексные соединения на поверхности сенсора, которые далее детектируются с помощью рамановского спектрометра. Такой механизм дает более высокую селективность сенсора и позволяет обнаруживать молекулы с небольшими отличиями в структуре», — пояснила Ольга Гусельникова.

Пресс-служба Томского политехнического университета