Вспышка пандемии COVID в 2020 году еще раз показала, насколько важны надежные и быстрые методы выявления для инициирования эффективных мер борьбы с пандемией. Ученые с кафедры материаловедения и нанотехнологий Дрезденского технического университета (TUD) добились значительного прогресса в разработке инновационных решений для обнаружения вирусных патогенов в двух исследованиях, которые они недавно представили. Результаты их работы опубликованы в журналах «ACS Applied Materials & Interfaces» и «Advanced Materials Interfaces».

Индивидуальные, мощные и адаптируемые наноэлектронные датчики представляют собой многообещающий подход к борьбе как с текущими, так и с будущими пандемиями. Эти датчики позволяют проводить традиционную диагностику в случае подозрения на вспышку заболевания и осуществлять непрерывный мониторинг окружающего воздуха в автобусах, поездах, школах и медицинских учреждениях. Это означает, что соответствующие и немедленные меры можно принять, как только появятся вирусы.

С 2020 года дрезденские ученые интенсивно работают над разработкой миниатюрных сенсоров для точного и эффективного обнаружения антигенов SARS-CoV-2. Помимо команды TUD под руководством профессора Джанаурелио Куниберти и доктора Бергоя Ибарлучеа, ученые из Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) в Гамбурге, Института исследования полимеров Лейбница (IPF) в Дрездене и Университета науки и технологий Пхохан (POSTECH) в Корее также принимали участие в этих двух исследованиях.

Первое исследование, опубликованное в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, описывает революционный инновационный подход, который значительно повышает точность и скорость обнаружения антигена SARS-CoV-2. Он предполагает вставку синтетических нанотел, известных как ситела, в биосенсоры в качестве рецепторов.

«Синтела представляют собой быструю, устойчивую и этически обоснованную альтернативу, которая, в отличие от обычных антител, разрабатывается и производится с использованием неживотных методов», — сказал профессор Джанаурелио Куниберти, который координировал оба исследования с доктором Бергои Ибарлучеа. «Еще одним ключевым преимуществом использования синтел является их меньший размер по сравнению с антителами, поэтому процессы биологического распознавания могут происходить гораздо ближе к поверхности сенсора, что увеличивает мощность сигнала и делает сенсоры намного быстрее и чувствительнее», — добавляет он. Первоначальные испытания были успешно проведены с полевыми транзисторами на основе кремниевых нанопроволок, модифицированными сителами, что продемонстрировало большой потенциал применения этого подхода.

В другой статье, опубликованной в журнале Advanced Materials Interfaces, команда рассматривает возможность повышения чувствительности датчиков, когда они работают в биологических жидкостях. Такие образцы имеют сложный молекулярный состав, что сильно ограничивает дальность обнаружения датчика. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали специальную модификацию поверхности гидрогелем на основе диэлектрического полимера полиэтиленгликоля. Это позволяет проводить измерения непосредственно в слюне и других образцах пациентов и устраняет необходимость в трудоемких и дорогостоящих этапах подготовки проб.

Старший научный сотрудник лаборатории биоадаптации, кандидат биологических наук Самра Мирзаева