МФТИ патентует в США высокочувствительные графеновые биосенсоры

Московский физико-технический институт (МФТИ) патентует биосенсорные чипы на основе графена, оксида графена и углеродных нанотрубок, которые позволят увеличить точность анализа биохимических реакций и ускорят поиск новых жизненно важных лекарственных средств.

На днях американское патентное ведомство опубликовало заявку на патент №20150301039, поданную МФТИ в мае этого года. В заявке описаны «биологический сенсор и способ создания биологического сенсора». В России эта разработка уже защищена патентом №2527699. Ключевой особенностью сенсора является использование в качестве связующего слоя тонкой пленки из нескольких слоев графена или оксида графена. Графен — это первый истинно двумерный кристалл, экспериментально полученный в лабораторных условиях, обладающий уникальными физико-химическими свойствами. Одним из наиболее перспективных применений графена рассматриваются биомедицинские технологии, над чем и работают исследователи из лаборатории нанооптики и плазмоники центра наноразмерной оптоэлектроники МФТИ.

Авторы патента, Алексей Арсенин и Юрий Стебунов, предлагают альтернативу существующим сенсорным чипам для биосенсоров на основе поверхностного плазмонного резонанса. При определенных условиях использование графена или оксида графена в качестве связующего слоя между металлической пленкой и биологическим слоем, включающим в себя молекулы-мишени, позволяет существенным образом улучшить чувствительность биодетектирования.

Использование сенсорных чипов на основе оксида графена для анализа реакции гибридизации ДНК подробно описано в недавней работе авторов разработки в журнале Американского химического общества ACS Applied Materials & Interfaces. Помимо более высокой чувствительности, по сравнению с коммерческими аналогами, предложенные сенсорные чипы обладают необходимым свойством биоспецифичности и могут быть использованы многократно, что сильно снижает издержки на проведение биохимических исследований с их помощью.

«Допустим, мы хотим узнать эффективность лекарства от рака. В случае, если лекарство связывается с белком-мишенью на раковой клетке, то оно деактивирует дальнейшее развитие опухоли. Но, чтобы оценить действенность анализируемого препарата, необходимо понять, насколько сильно оно связывается с ней» — говорит Юрий Стебунов, один из авторов разработки. Помещая на поверхность графенового чипа белки клеток раковой опухоли наряду с белками из легких, сердца, мозга и других здоровых тканей организма, можно отобрать действующие лекарственные кандидаты и оценить их эффективность.

«Еще несколько лет назад считалось, что финансирование исследований в области графена – это вложения в фундаментальную науку. Сегодня эти исследования перешли в стадию прикладных инновационных разработок, и наши графеновые биосенсоры — отличное тому подтверждение. В перспективе это не просто новый продукт на рынке, а вклад в развитие российской фармацевтики в части разработки новых лекарственных средств и создания высокотехнологичного медицинского оборудования. Пока наши разработки финансируются только Министерством образования и науки РФ, но мы уверены, что достигнутые успехи позволят привлечь дополнительное внешнее финансирование», — говорит Алексей Арсенин, соавтор разработки.

Авторы продолжают работу над совершенствованием своей разработки и ожидают, что для определенных реакций биосенсорные чипы на основе новых углеродных материалов обеспечат чувствительность в десятки и сотни раз большую, чем существующие коммерческие аналоги. Также они рассматривают возможность коммерциализации графеновых чипов.