«Сверхвысокая чувствительность и скорость работы устройства делает его отличной альтернативой дорогим и сложным классическим методам и рекордсменом среди датчиков в своем классе», — сообщил МИЭТ. Результаты работы опубликованы в журнале Biosensors & Bioelectronics.

Вино, зараженное плесенью, опасно для здоровья — им можно серьезно отравиться, как и любым другим продуктом, пораженным грибком. Для обнаружения микотоксинов в вине традиционно используют жидкостную хроматографию-масс-спектрометрию и иммуноферментный анализ.

«Это высокоточные методы, но довольно трудоемкие и требующие привлечения специалиста, — рассказал доктор технических наук, профессор кафедры КФН, ведущий научный сотрудник Научно-образовательного центра „Зондовая микроскопия и нанотехнологии“ МИЭТ Иван Бобринецкий. — Вино, которое производится на крупных винодельнях, постоянно проходит такую проверку, но у домашних виноделов доступа к контрольному оборудованию может не быть. Мы предложили простой в использовании, быстрый и рекордно чувствительный биосенсор для определения микотоксинов».

Разработка ученых — биосенсор на основе графеновых полевых транзисторов и аптамеров — коротких цепочек ДНК, которые специфически связываются с наиболее встречающимся микотоксином — охратоксином А. Его вырабатывают плесневые грибки из рода Аспергилл и Пеницилл, это вещество не может быть обезврежено ни химической обработкой, ни нагреванием. При попадании в организм оно нарушает работу нервной и иммунной систем, почек, печени, а при частом употреблении может вызвать развитие раковых опухолей.

Датчик представляет собой кремниевую подложку с металлическими дорожками. На них перенесен слой графена, а на него химически «подвешены» аптамеры. При связывании с охратоксином аптамеры изменяют свою конфигурацию (наподобие сворачивания в спираль в цепочке ДНК), что влияет на количество путешествующих электронов в графене. Электрические свойства материала меняются, это регистрируют измерительные приборы, подключенные к биосенсору. Чем выше концентрация охратоксина в образце, тем сильнее будет сигнал.

Для удобства получившиеся чипы заключили в крошечные контейнеры, куда можно налить исследуемый образец — достаточно всего лишь капли.

Разработку опробовали на предварительно загрязненном охратоксином А красном и белом вине. Биосенсоры смогли обнаружить рекордно низкие концентрации вещества — триллионные доли моль на литр, что на два порядка ниже допустимого значения. Сигнал появлялся уже менее, чем через минуту, а в некоторых случаях — через 10 секунд.

«Наши биосенсоры показали рекордные скорость и точность выявления охратоксина А по сравнению с другими существующими устройствами. Пробоподготовка образцов максимально проста, калибровка не требуется, а очистка чипов не представляет сложностей. Разработанный биосенсор содержит 30 графеновых датчиков. Набор аптамеров можно расширить, чтобы определять больше опасных для человека соединений за раз», — заключил Иван Бобринецкий.

Соавторы научной публикации — Никита Некрасов и Алексей Емельянов (МИЭТ), Алексей Орлов и Пётр Никитин (Институт общей физики имени А. М. Прохорова РАН), Stefan Jaric и Ivana Gadjanski (BioSense Institute, University of Novi Sad, Serbia), Дмитрий Киреев и Deji Akinwande (University of Texas at Austin, USA), Иван Бобринецкий (МИЭТ, BioSense Institute, University of Novi Sad, Serbia).

Исследование выполнено при грантовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) за 2019-2021 годы.