Один из наиболее общих показателей многих заболеваний, в том числе рака, генетическая мутация однонуклеоидной полиморфизмы. К сожалению, на сегодняшний день такие тесты проводятся дорого, долго, а оборудование для его проведения есть не везде. Команда из Университета Калифорнии в Сан-Диего решила решить эту проблему создав графеновый датчик, который может быстро выдать результаты тестирования. Исследователи полагают, что это может стать настоящим прорывом, вероятно, они правы.
Мутация однонуклеоидной полиморфизы — это изменение азотистых оснований аденина, цитозина, гаунина и тимина, которые содержатся во всех клетках нашего организма. Хотя великое множество обнаруженных полиморфизов не имеют заметного влияния на самочувствие, есть несколько типов связанных с серьезными нейродегенеративными расстройствами, сахарным диабетом, раком, болезнями сердца и многими другими заболеваниями. И именно для выявления нарушений такого рода будет использоваться графеновый датчик.
Разработанный на основе графена датчик, для выявления подобных проблем использует непосредственно ДНК, включенную в графеновый сенсор. Подобное явление можно получить при помощи смещения нити ДНК, где двойная спираль выпускает одну из цепей и заменяет ее на комплементарные цепи. В таком случае зонд-ДНК содержит двойную спираль с двумя комплементарными нитями. Одна прядь «нормальная» и содержит в себе все нуклеотидные основания и кодирующую последовательность. Замененные цепочки содержат не четыре гуанин нуклеотида, а кристаллические нуклеозиды, чтобы ослабить привязанность к нормальной ДНК. Такая слабая нитка крепится к графеновому транзистору.
При обнаружении безупречных ДНК-нитей, тестовая система будет сбивать ослабленные нити и крепить к себе новую, если добавление будет происходить, то транзистор создаст сигнал-уведомление. Хотя подобное замещение не совсем понятно.
В настоящий момент графеновый зонд находится в стадии испытания, исследователи полагают, что это рождение имплантируемых чипов, которые могли бы обнаружать мутации ДНК и передавать их в режиме реального времени по беспроводному каналу.
«Изюминка данного исследования в том, что мы можем проанализировать перемещение ДНК на графеновый полевой транзистор,»: говорит Майкл Хван, аспирант материаловедения в Университете штата Калифорнии: «Это первый пример сочетания динамических нанотехнологий ДНК с высоким разрешением электронного зондирования. Результатом является технология, которая потенциально может быть использован с беспроводными электронными устройствами для выявления мутаций».
Исследователи также подмечают, что аппарат с двумя нитями более надежный, нежели однонитиевый чип. С двумя нитями он более избирательный, что не допускает ошибок на пустом месте, а вот с одной нитью есть масса проблем, так как он часто дает ложные сигналы о проблеме.
«Одноцепочечный ДНК-зонд не обеспечивает избирательность – даже ДНК, содержащие одно несовпадение нуклеотидное основание может привязать к зонду и создать ложно-положительный результат», — говорит профессор Ратнеш Лал из инженерной школы Джейкобса при университете штата Калифорнии: «Мы ожидали, что сможем разработать надежную последовательность конкретных чипов для обнаружения мутаций. Действительно, мы достигли высокого уровня чувствительности и специфичности в разработанной нами технологии».
Как всегда, только получив какую-то разработку, ученые будут тестировать еще несколько лет на самых разных штаммах, животных и людях. Пока еще исследователи считают, что чип можно будет использовать для обнаружения большинства заболеваний и работают над возможностью сопряжения чипов с беспроводным интернетом.
