Новый биосенсор обнаружит белковые молекулы в низких концентрациях
Простой способ создания новых биосенсоров на основе кремниевой нанопроволоки предложили ученые из ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» Красноярского государственного медуниверситета и СФУ, 23 декабря сообщает пресс-служба Красноярского научного центра СО РАН.
Биосенсор на основе кремниевой нанопроволоки, служащей проводящим каналом полевого транзистора, который создали красноярские ученые, предназначен для обнаружения белковых молекул в очень низкой концентрации за счет регистрации незначительных изменений проводимости тока. Выявление белков в крови пациента важно потомк, что они являются маркерами различных заболеваний, в том числе таких как онкологические и вирусные.
Младший научный сотрудник лаборатории цифровых управляемых лекарств и терраностики ФИЦ КНЦ СО РАН Татьяна Смолярова пояснила: «Биосенсоры на основе нанопроволочных полевых транзисторов с контактами Шоттки в настоящее время интенсивно исследуются как альтернатива традиционным детектирующим устройствам. Из-за малых размеров нанопроволок биосенсоры на их основе обладают высокой чувствительностью. Даже небольшие изменения заряда внутри нанопроволоки вызывают регистрируемые изменения в проводимости и, как следствие, сигнализируют о наличии белка в анализируемой жидкости».
Особенностью биосенсора красноярцев стали контакты на концах нанопроволоки, созданные по принципу металл — проводник, на которых реализуется так называемый барьер Шоттки: когда при наложении внешнего электрического поля ток через него создается практически целиком основными носителями заряда и в нем отсутствуют явления инжекции, накопления и рассасывания зарядов.
При этом кремниевая нанопроволока как токопроводящий канал биосенсора дополнительно увеличивает сопротивление в токовом режиме устройства, и дополнительного легирования проволоки не требуется, что упрощает процесс ее изготовления.
Такой биосенсор более чувствителен и обладает улучшенным быстродействием, что очень важно для такого рода устройств.
Ученые предложили также простой метод изготовления сенсора на основе нанопроволоки с барьером Шоттки с использованием молекулярно-лучевой эпитаксии и электронно-лучевой литографи. Метод также позволяет контролировать геометрию устройства и электрические характеристики изменением поперечных размеров нанопроволоки.
Было выполнено также двухмерное моделирование процесса в сенсоре с учетом концентрации поверхностного заряда биосенсора, с помощью которого физические механизмы изменения заряда и электрического обнаружения белков в нанопроволоке нашли свое объяснение.
Результаты эксперимента и численного моделирования хорошо согласуются между собой и могут быть использованы для разработки новых типов биосенсоров на основе нанопроволоки, считают исследователи.
Татьяна Смолярова отметила в заключение: «Предлагаемая версия биосенсора отличается относительно простым способом изготовления, хорошо воспроизводимой схемой функционализации и понятным механизмом электрического обнаружения. Это многообещающий прототип для создания детекторов и сенсоров».
Результаты испытаний нового биосенсора опубликованы в журнале Talanta.
