<< на главную
<< назад

Наноустройства ловят вирусы

За вирусами охотятся давно. Гарольд Крэйгхед и его коллеги из Корнелльского университета построили в этом году микроскопический кантилевер для того, чтобы взвесить отдельный вирус. В этом месяце Чарльз Либер и его команда из Гарвардского университета создали биочип, который определяет присутствие вируса гриппа. Новый биочип можно использовать как в гражданских целях (использование в медицине), так и в военных (при выявлении следов бактериологического оружия).

Крэйгхед пошел по "механическому пути" — его команда построила наноэлектромеханическое устройство-кантилевер, которое может взвешивать объекты массой около 10-18 грамм. Весы состоят из вибрирующего кремниевого кантилевера длиной около 4 микрона и 500 нанометров шириной (см. рис. 1). Как только частица с малой массой попадает на кантилевер (он-то и представляет собой чашу весов), это изменяет частоту его колебаний. Изменения вибрации измеряются лучом лазера, который направлен на кантилевер. Измерив вибрацию "чаши весов" с "грузом", исследователи могут установить его массу.

 

Рис. 1. Кремниевые "весы" — НЭМС кантилевер

Для того, чтобы на кантилевер попадали только вирусы, Крэйгхед покрыл его слоем антител, чувствительных к определенному виду вирусов. И когда "весы" поместили в жидкость, содержащую различные вирусы, то один из них прилип к кантилеверу. Так исследователи смогли поймать вирус и взвесить его (Appl. Phys. Lett. 85 2604). "Чувствительность НЭМС достаточно высокая", — сказал Крэйгхед, — "можно взвесить очень быстро даже один вирус."

Но это было в начале 2004 года. В конце сентября 2004 Либер и его команда на основе матрицы полевых транзисторов, состоящих из нанострун, сконструировали детектор вирусов, покрыв поверхность транзисторов антителами (Proc. Nat. Acad. Sci. 101 14017). Конструкция биочипа такова, что вирусы могут попасть к детекторному блоку через сеть микрожидкостных каналов. Микрожидкостные каналы дальше разветвляются и расположены таким образом, что пересекаются с нанотранзисторами (рис. 2).

 

Рис. 2. Структура матрицы полевых транзисторов на нанострунах: A — геометрия расположения нанотранзисторов; В — участок нанотранзисторов покрупнее (на А выделен красным прямоугольником); С — структура отдельной наноструны-транзистора (S — исток, D — сток).

Наноструны покрыты специальными антителами, которые соединяют определенный вид вируса. Так как в матрице много отдельных нанострун, то детектор может выявлять до 100 различных типов вирусов.

Биочип работает следующим образом: как только вирус попадает на соответствующее ему антитело, то проводимость отдельной наноструны изменяется, и, соответственно, изменяется состояние транзистора (см. схематичную диаграмму на рис. 3). Это изменение определяют дальнейшие логические цепи, которые, в зависимости от номера нанотранзистора (1, 2 или другой) сигнализируют о наличии определенного вируса. Как мы говорили ранее, схема может определять до 100 различных вирусных частиц.

 

Рис. 3. Схема работы биочипа (1 и 2 — два различных нанотранзистора с различными антителами, соотв.)

"Высокий коэффициент усиления нанотранзисторов и их чувствительность к присоединению вирусных частиц позволяет делать вывод, что биочип сможет детектировать отдельные органические молекулы", говорит Либер.

Исследователи из Гарварда продолжают эксперименты с биочипом для того, чтобы добиться определения нескольких типов вирусов или биомолекул одновременно. Как ни странно, ученые из Корнелла во главе с Крэйгхедом, занимаются тем же — строят похожие биочипы.

Proc. Nat. Acad. Sci. 101 14017

<< на главную
<< назад