Новости химической науки > Бумажное аналитическое устройство найдет пикомоли аналита

Хотя аналитические устройства на бумажной основе и представляют собой дешевый способ определения химических веществ, зачастую их точности не хватает для детектирования соединений в низких концентрациях.

Для преодоления этой проблемы исследователям впервые удалось инкорпорировать дешевые электронные компоненты в бумажное устройство, что позволило увеличить чувствительность подобной системы и определять пикомолярные концентрации биомолекул.

В регионах с неразвитой инфраструктурой здравоохранения аналитические устройства на бумажной основе могут стать существенным подспорьем в работе врачей, позволяя им детектировать в крови пациентов редкие молекулы, являющиеся биомаркерами определенных заболеваний.

Однако, как отмечает Циньхуа Ю (Jinghua Yu, к сожалению, в ряде случаев существующие методы обнаружения отличаются рядом недостатков, ограничивающих их практическое применение. Дело в том, что бумажные индикаторы, меняющие цвет в присутствии определенных веществ в анализируемой смеси, отличаются невысокой чувствительностью, а устройствам, аналитический отклик которых заключается в генерации электрического сигнала, необходимо дорогое внешнее оборудование, задача которого усиливать этот слабый сигнал.

Бумажное устройство для определения биомолекул в сыворотке человека. Для получения результата необходимо нанести каплю образца на круг в красном отделе устройства, после чего надо согнуть бумагу, совместив красный участок с синим. Размеры устройства не превышают 25 мм (для сравнения рядом приведена монета в один юань). (Рисунок из Anal. Chem., DOI: 10.1021/ac4001496)

Ю с коллегами решил понизить стоимость бумажного устройства, создав такое аналитическое приспособление, которое может вырабатывать электрические отклики на определенное определяемое вещество, не используя дополнительное оборудование.

В устройстве, созданном китайскими исследователями, целевая молекула запускает целый каскад реакций, в результате которых генерируется свет. Устройство конвертирует этот свет в электрический ток, сила которого пропорциональна концентрации молекулы-мишени. Устройства дополнили устройство электронным компонентом – суперконденсатором, способным усиливать электрический ток. Этот суперконденсатор позволяет увеличить силу тока настолько, что ее можно измерить с помощью обычного портативного мультиметра. Суперконденсатор был получен за счет пропитки двух участков бумаги электролитическим гелем с последующим сгибанием бумаги таким образом, чтобы оба пропитанных участка оказались друг напротив друга.

Для анализа образца исследователи сначала смешали образец с наночастицами золота, покрытыми люминолом – соединением, излучающим свет в присутствии пероксида водорода, на наночастицы также были нанесены короткие одноцепочечные фрагменты ДНК, связывающиеся с определяемой молекулой-мишенью. Затем исследователи нанесли около 10 мкл смеси на участок бумаги, после чего свернули бумагу, совместив этот участок с участком бумаги, покрытым наночастицами сульфида кадмия, к которым также были привиты фрагменты ДНК, способные связаться с молекулой-мишенью.

После сворачивания бумажного детектора наночастицы CdS связываются с аналитом, что приводит к сближению двух типов наночастиц. На заключительном этапе исследователи добавляют раствор перекиси водорода в пространство между сложенными листочками бумаги, в результате чего излучение эмиссии возбуждает наночастицы CdS, и появляется электрический ток, который по электрической цепи идет к суперконденсатору, и его сила увеличивается.

Исследователи из группы Ю протестировали свое устройство на образцах сыворотки человека, в которые они внесли различное количество аденозинтрифосфата (АТФ); испытания показали, что минимальная концентрация АТФ, которую можно определить с помощью нового устройства, составляет 0,2 пикомоль/л. Ю добавляет, что анализ одного образца занимает 10 минут, а себестоимость изготовления такого устройства составляет 10 центов.

Источник: Anal. Chem., DOI: 10.1021/ac4001496

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #нанотехнологии, #новые материалы, #химическая криминалистика