В настоящее время в ведущих странах уделяется значительное внимание широкому спектру задач биохимического контроля сфер жизнедеятельности человека и животных. Для диагностики биологических агентов применяются преимущественно методы иммунохимического анализа, использующие специальные метки, необходимые для выработки аналитического сигнала; в процесс анализа вводится дополнительный цикл определения количества связавшихся меток. В результате время анализа увеличивается, и функционирование сенсора в режиме постоянного мониторинга становится невозможным.

sitemap
Наш сайт использует cookies. Продолжая просмотр, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с нашей Политикой Конфиденциальности
Согласен
Поиск:

Вход
Архив журнала
Журналы
Медиаданные
Редакционная политика
Реклама
Авторам
Контакты
TS_pub
technospheramag
technospheramag
ТЕХНОСФЕРА_РИЦ
© 2001-2025
РИЦ Техносфера
Все права защищены
Тел. +7 (495) 234-0110
Оферта

Яндекс.Метрика
R&W
 
 
Вход:

Ваш e-mail:
Пароль:
 
Регистрация
Забыли пароль?
Книги по нанотехнологиям
Под ред. Л.И. Трахтенберга, М.Я. Мельникова
Другие серии книг:
Мир материалов и технологий
Библиотека Института стратегий развития
Мир квантовых технологий
Мир математики
Мир физики и техники
Мир биологии и медицины
Мир химии
Мир наук о Земле
Мир электроники
Мир программирования
Мир связи
Мир строительства
Мир цифровой обработки
Мир экономики
Мир дизайна
Мир увлечений
Мир робототехники и мехатроники
Для кофейников
Мир радиоэлектроники
Библиотечка «КВАНТ»
Умный дом
Мировые бренды
Вне серий
Библиотека климатехника
Мир транспорта
Мир фотоники
Мир станкостроения
Мир метрологии
Мир энергетики
Книги, изданные при поддержке РФФИ
Выпуск #5/2008
Г.Киселев, И.Яминский.
Измерение силовых напряжений в тонких пленках на основе микрокантилеверных преобразователей
Просмотры: 1817
В настоящее время в ведущих странах уделяется значительное внимание широкому спектру задач биохимического контроля сфер жизнедеятельности человека и животных. Для диагностики биологических агентов применяются преимущественно методы иммунохимического анализа, использующие специальные метки, необходимые для выработки аналитического сигнала; в процесс анализа вводится дополнительный цикл определения количества связавшихся меток. В результате время анализа увеличивается, и функционирование сенсора в режиме постоянного мониторинга становится невозможным.
В России и за рубежом ведутся активные исследования в области создания "электронного носа" и "электронного языка" – искусственных измерительных систем, действующих подобно органам человека – носу и языку. Актуальна задача создания экстренной прикроватной диагностики пациентов, которую затруднительно реализовать без непрерывного контроля веществ в средах, содержащих посторонние примеси. Примерами устройств, с помощью которых можно организовать такой контроль, могут служить кварцевые микровесы или системы поверхностного плазмонного резонанса, однако остается нерешенной проблема неспецифического связывания в случае их использования для анализа веществ в многокомпонентных средах.
Эта проблема становится разрешимой в случае использования микрокантилеверов, появление которых во многом обусловлено интенсивным развитием атомно-силовой микроскопии [1]. Устройства с микромеханическими преобразователями зарекомендовали себя в качестве полноценного научного инструмента для исследований межмолекулярных взаимодействий в монослойных пленках адсорбированных низкомолекулярных веществ [2], молекулярных комплексов [3], антител [4], ферментов [5], ДНК, аптамеров [6], белков [7], набухающих полимерных пленок [8].

Условием для корректной работы силового микроконсольного датчика является специфичность одной из его поверхностей к исследуемому сорбированному веществу [9]. Как правило, датчик имеет одну плоскость, специфичную к сорбату, в то время как другая остается к нему инертной (рис.1).
Способ использования микрокантилеверов заключается в том, что при связывании определяемого вещества с рецептором на поверхности кантилевера происходит статическая деформация кремниевой консоли, величина изгиба которой прецизионно определяется с помощью лазерно-оптической системы (рис.2). Как следствие изменения в сенсорном слое поверхностной энергии в нем возникают силы избыточного давления или поверхностного натяжения. В связи с этим, показатель направления изгиба кантилевера в микромеханических анализаторах является существенным, так как характеризует набор доминирующих факторов, отвечающих за энергетическое состояние системы в целом [2].
Существенная, не имеющая альтернативных аналогов особенность кантилевера, – способность прямого измерения натяжения в пленках, помещенных на одну из его сторон. В этом случае степень влияния неспецифического связывания на аналитический сигнал вследствие низких энергий неспецифических связей и, следовательно, их незначительного вклада в поверхностное натяжение рецепторной пленки, заметно уменьшается [10].
Благодаря этому получаемая о состоянии исследуемых объектов информация уникальна и, вообще говоря, отличается от той, которую дают распространенные методы анализа массы, оптических и электрических свойств пленок.
Уникальность информации состоит в том, что она непосредственно характеризует энергию межмолекулярных взаимодействий внутри пленки, преобразующуюся в статический изгиб кантилевера (энергию аналитического сигнала). Поверхностные силы в молекулярных пленках на твердых подложках могут быть обусловлены электростатическим взаимодействием отдельных молекул или их комплексов [3].
Существующий в России исследовательский коллектив (ООО "Академия биосенсоров", Москва, www.biosensoracademy.com) состоит преимущественно из молодых ученых МГУ им. М.В.Ломоносова, ИФХЭ РАН им. А.Н.Фрумкина, ИНЭОС РАН им. А.Н.Несмеянова, эффективно занимающихся разработками в области биосенсорных технологий на основе микрокантилеверных систем.
В частности, в ООО "Академия биосенсоров" разработан универсальный прибор – анализатор на основе микрокантилеверов (рис.3), позволяющий с высокой точностью определять биологические или химические агенты в жидких средах.
Прибор позволяет использовать одновременно четыре микрокантилеверных датчика с чувствительностью определения степени их отклонения до 1 нм. Может служить основой для создания прямого (label-free) высокоточного медицинского анализатора, позволяющего осуществлять гормональный контроль, анализ лекарств, детектирование антител, бактерий, вирусов в сыворотке крови в режиме реального времени.
Используя массив кантилеверов, модифицированных различными рецепторными слоями, прибор позволяет проводить анализ одной пробы одновременно на содержание в ней нескольких веществ. Управление прибором в перспективе можно будет осуществлять через Интернет или локальную сеть, что позволит удаленно проводить анализ в режиме реального времени.
Литература
1. Темкина Н., Филонов А., Яминский И. – Наноиндустрия, 2007, № 6, с. 26–29.
2. Yaminsky I., Gorelkin P., Kiselev G. – Japanese Journal of Applied Physics, 2006, v. 45, № 3B, p. 2316–2318.
3. Ji H.-F., Thundat T., Dabestani R., Brown G.M., Britt P.F., Bonnesen P.V. – Anal. Chem., 2001, v. 73, № 7, p. 1572–1576.
4. Grogan C., Raiteri R., O’Connor G.M., Glynn T.J., Cunningham V., Kane M., Charlton M., Leech D. – Biosensors & Bioelectronics, 2002, v. 17, p. 201–207.
5. Yan X., Xu X.K., Ji H.-F. – Anal. Chem, 2005, v. 77, № 19, p. 6197–6204.
6. Savran C.A., Knudsen S.M., Ellington A.D., Manalis S.R. – Anal Chem., 2004, v. 76, № 11, p. 3194–3198.
7. Украинцев Е.В., Киселев Г.А., Кудринский А.А., Лисичкин Г.В., Яминский И.В. – Высокомолекулярные соединения, 2007, т. 49, № 1, с. 125–129.
8. Toda M., Itakura A.N., Beuscher K., Graf K., Berger R. – e-J. Surf. Sci. Nanotech., 2006, v. 4, p. 96–99.
9. Lavrik N.V., Sepaniak M.J., Datskos P.G. – Rev. of Sci. Ins., 2004, v. 75, № 7, p. 2229–2253.
10. Braun T., Ghatkesar Krishna M., Backmann N., Lang H.P., Gerber C., Hegner M. Nanomechanical Biosensors for Membrane Proteins. – International Conference on Nanoscience and Technology 2006, Swisserland, Basel, 2006.
 
 Отзывы читателей
Разработка: студия Green Art