«Грузовички» для доставки молекул

Электрическое поле и перпендикулярное к нему магнитное (желтая стрелка) создают «тягу» молекулярных микромоторов.  Иллюстрация Physorg

Но помимо пространственных возможностей науку волнует и время в самом прямом смысле этого слова. Сущность проблемы подчеркнула пандемия коронавируса, когда от скорости реагирования зависела жизнь людей, приходивших к врачам с насморком и кашлем. Зачастую без теста ПЦР понять природу воспалительного процесса было очень трудно, но результатов анализов в лучшем случае приходится ждать часы. Поэтому ясна реакция членов Американского химического общества (ACS) на сообщение коллег из Техасского университета в г. Остин, которые сообщили о разработке сенсора двойного назначения. Речь идет о создании сенсора на основе графена, атомная толщина которого позволяет материалу чутко реагировать на изменение электрических полей в его окружении.

Прежде исследователи из Техасского университета сообщали о временном тату с графеном, которое реагирует на изменения артериального давления. Две его части размещаются вдоль артерии, при этом одна из них посылает электрический сигнал, а другая его принимает. Разница во времени сигнализирует о скорости кровотока.

Новый инфекционный сенсор реагирует на присутствие вирусного протеина и, в частности, его белкового спайка, на конце которого имеется домен связывания протеиновым рецептором АСЕ2 на поверхности инфицируемой эпителиальной клетки. Естественно, что против COV-спайка (шпильки наружной оболочки) и гриппозного гемагглютинина (вирусной оболочки) иммунная система организма вырабатывает нейтрализующие антитела, которые и были взяты для создания чипа с двойной специфичностью.

Связывание вирусных белков с антителами, иммобилизованными на графене, генерирует изменения в электрическом поле и, соответственно, сигнал всего через 10 секунд. При этом высокая специфичность антител позволяет говорить о присутствии в образце – и даже выдохе! – протеинов гриппозного вируса или коронавируса, а то и обоих. Преимущество нового сенсора площадью в полдюйма и в том, что для проведения анализа не нужны особые стерильные или приближающиеся к ним условия. Его можно и дальше совершенствовать для выявления других антигенов патогенных возбудителей.

Графен несколько ранее использовали и в Иллинойском университете Чикаго, где задействовали только COV-спайк. Свое сообщение чикагцы начали с того, что инкубационное время анализа вируса SARS-CoV-2 составляет пять суток. В то же время их графеновый чип позволяет быстро определить наличие 3,75 фемтограмма (10–15) вирусного спайка в миллилитре слюны. Делается это за какие-то пять минут с помощью рамановской спектроскопии, улавливающей колебания графеновой поверхности после соединения молекулы антитела и спайковой.

Авторы работы отмечают, что их оптическая платформа позволяет определять все известные варианты вируса, вызывающие беспокойство. И все же, думается, новый бивалентный чип предпочтительнее для систем быстрого реагирования. Ведь кроме ковида человечеству угрожают вирусы Эбола и многих других лихорадок. Не исключено и появление других угроз. А ведь до нынешней пандемии были вспышки коронавирусов в 2002–2003 годах, а затем и ближневосточного MERS (Middle East Respiratory Syndrome), будто бы переданного бедуинам их верблюдами…