Портативный ДНК-нанобиосенсор

Математическая модель, описывающая связь наноразмерного транзистора нового типа (ISFET) с ДНК-биосенсором, позволит сконструировать портативный ДНК-нанобиосенсор. Такой прибор будет незаменим для медицинских, сельскохозяйственных, криминалистических и экологических исследований, а также поможет в борьбе с биотерроризмом.

Сэмюэль Афувэйп (Samuel Afuwape) из Национального Университета в Сан-Диего (National University, San Diego) предложил математическую модель, чтобы показать, каким образом наноразмерный ионоселективный полевой транзистор ISFET (ion-selective field-effect transistor) может быть связан с ДНК-сенсорной системой, чтобы генерировать характерные сигналы для фрагментов ДНК, содержащихся в исследуемом образце.

В существующих моделях биосенсоров, основанных на детектировании искомой ДНК по флюоресцентным меткам, требуется громоздкое оборудование для количественного определения сигналов и дорогие реактивы. Кроме этого, такие биосенсоры медленно работают.

По словам Афувэйпа, понимание молекулярного механизма, действующего при передаче сигнала от образца ДНК к детектору, позволит разработать коммерчески доступный портативный ДНК-биосенсор. Такой биосенсор оказался бы полезным в медицинских, криминалистических и экологических исследованиях.

Афувэйп предлагает такой механизм. Электронный прибор нового типа - наноразмерный транзистор ISFET - можно интегрировать в ДНК-биосенсор, на который нанесены тысячи известных последовательностей ДНК, которые могут гибридизоваться (связываться) с определенными фрагментами ДНК в исследуемом образце.

С помощью ионоселективных полевых транзисторов ISFET можно определять изменения электропроводности. На этом свойстве и основана идея создания наноразмерного ДНК-биосенсора. Можно сконструировать сенсор так, чтобы процесс гибридизации ДНК сопровождался определенной химической реакцией, генерирующей электричество, которое преобразуется в дискретные электронные сигналы. Такие сигналы могут детектироваться транзистором ISFET. Наличие искомой ДНК в исследуемом образце будет определяться по сигналу определенного типа, возникающего при гибридизации известной последовательности ДНК-сенсора с соответствующим фрагментом ДНК в образце. Математическая модель Афувэйпа демонстрирует, каким образом известные химические пути с участием ДНК могут использоваться в таком сенсоре.

Транзисторы ISFET открывают широкие возможности для разработки селективных высокочувствительных и быстро работающих ДНК-нанобиосенсоров.

По мнению Афувэйпа, основным преимуществом ДНК-биосенсора на основе наноразмерного транзистора станет его компактность. Такой прибор сможет значительно облегчить и ускорить работу специалистов в самых разных областях. ДНК-нанобиосенсор позволит легко определять биогенные загрязнения окружающей среды, ускорит диагностику генетических аномалий, а также окажется полезным в работе судебных медицинских экспертов. С его помощью также станет возможным выявление оружия биотеррористов (по гибридизации фрагментов ДНК, присутствующей в опасных микроорганизмах, с ДНК-нанобиосенсором).

Статья Samuel Abiodun Afuwape «Analytical simulation of interfacial DNA hybridisation for design of an optimal nanotechnology handheld biosensor» опубликована в International Journal of Nanotechnology Nanotechnology 2008 - Vol. 5, No.4/5 pp. 534-65