Сотрудники Института синтетических полимерных материалов имени Н.С. Ениколопова Российской академии наук совместно с коллегами разработали инновационное многоразовое устройство для оперативного распознавания вирусов в биологических жидкостях человека. Новая технология основана на использовании органических полупроводниковых транзисторов с нанесённой сменной полимерной мембраной, обработанной аптамером — молекулой ДНК, обладающей высокой специфичностью к вирусу гриппа А. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в Journal of Materials Chemistry.
Текущая клиническая практика диагностики респираторных вирусных инфекций опирается на анализы с использованием антител или полимеразной цепной реакции (ПЦР). Отбор образцов осуществляется из полости рта или носа пациента, однако время ожидания результатов может достигать нескольких часов и даже дней. В этом контексте биосенсоры на основе органических полевых транзисторов с электрическим затвором представляют собой перспективное альтернативное решение. Они позволяют выявлять вирусы, специфические белки и гормоны в различных биологических жидкостях — крови, слюне, поте, спинномозговой жидкости. Однако до сих пор существующие биосенсоры были одноразовыми и достаточно дорогими, что ограничивало их широкое внедрение.
Исследователи Института синтетических полимерных материалов предложили принципиально новую конструкцию, позволяющую использовать биосенсоры многоразово. Ключевым элементом стала съёмная полимерная мембрана, покрытая аптамерами — небольшими цепочками ДНК, которые способны распознавать и связывать вирусные частицы. Аптамеры обладают высокой устойчивостью к нагреванию, изменениям кислотности и сохраняют функциональность в сложных биологических средах, что обеспечивает возможность их применения в клинической диагностике.
«Наша модификация упростит изготовление универсальных сенсоров, необходимых для использования в машинах скорой помощи, поликлиниках и больницах. Эти устройства представляют собой быстрые, неинвазивные миниатюрные датчики, способные обнаруживать широкий спектр вирусов. Кроме того, наша конструкция позволяет создавать мультисенсоры — приборы, чувствительные одновременно к нескольким вирусным патогенам. В дальнейшем мы планируем расширять спектр распознаваемых объектов, модифицируя платформы разными узнающими элементами», — поясняет кандидат химических наук, старший научный сотрудник института Елена Пойманова.
Разработанное устройство продемонстрировало способность выявлять вирус при концентрации порядка 80 тысяч вирусных частиц на миллилитр раствора. По чувствительности аптасенсоры оказались примерно в десять тысяч раз эффективнее тестов на основе антител, применяемых в клинической практике, однако уступают методу ПЦР в 10–100 раз. Вместе с тем скорость анализа значительно превосходит ПЦР: время проведения исследования с использованием аптасенсоров не превышает 20 минут, тогда как ПЦР требует около двух-трёх часов. Такая оперативность делает новое устройство перспективным инструментом для быстрого мониторинга состояния пациентов, несмотря на относительное снижение чувствительности по сравнению с ПЦР.
Представленная технология может изменить подходы к диагностике вирусных инфекций, предложив баланс между высокой чувствительностью и оперативностью результатов. Это особенно важно для своевременного принятия медицинских решений и контроля распространения инфекций.
