Оптические биосенсорные системы для высокочувствительного определения концентрации низкомолекулярных микотоксинов Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

SoVbTv™ ФИЗИКА В БИОЛОГИИ, МЕДИЦИНЕ, СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ И ЭКОЛОГИИ

Оптические биосенсорные системы для высокочувствительного определения концентрации низкомолекулярных микотоксинов

12 1 1 Малкеров Ю.А. ' , Гутенева Н.В. , Орлов А.В.

1- Федеральный исследовательский центр «Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук», Москва 2- Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», Москва Е-mail: jurimalkerov@,yandex. ru

DOI: 10.24412/cl-35673-2022-1-134-135

Разработаны оптические биосенсорные системы для детекции низкомолекулярных биологически активных веществ в сельскохозяйственных продуктах (микотоксинов: охратоксина А, афлатоксина В1, зеараленона). В частности, разработан новый метод детекции охратоксина А (OTA) методом спектрально-фазовой интерферометрии с использованием стеклянной поверхности, модифицированной функционализированным аптамерами графеном. Данный метод безметочного обнаружения малых молекул основан на прямом наблюдении за изменением интерферометрического сигнала, определяемого с использованием стеклянной поверхности, модифицированной графеном. Интерферометрические сенсорные чипы при этом изготавливались с помощью переноса графена, полученного методом газофазного осаждения, на покровные стекла, что позволяет в перспективе снизить стоимость и масштабировать процедуру изготовления сенсоров.

Установлено, что прямая детекция с помощью OTA-специфических аптамеров характеризуется быстрым и значительным изменением оптического сигнала при регистрации максимально допустимого уровня концентрации OTA. Показана возможность регенерации сенсора с помощью раствора мочевины.

Применяемый в разработанном прототипе метод основан на интерференции световых волн, возникающей после отражения от опорной стороны сенсорного чипа и от границы раздела биослой-вода, и на определении фазы распределения интенсивности в детектируемой интерференционной картине. Поскольку показатель

SSjmSS 18-20 октября 2022 г.

отражения для графена (n = 2.9 при 850 нм) относительно высок по сравнению с показателями воздуха (1), стекла (1,5) и воды (1,33), его влиянием на фазовый сдвиг нельзя пренебречь. Был получен спектр отражения структуры стекло/графен/аптамер, измеренный ПЗС-матрицей прототипа сенсора, при освещении источником ИК-света с центральной длиной волны 850 нм и спектральной шириной 30 нм (на половине высоты).

Разработанная платформа может использоваться для высокочувствительного определения и прямого кинетического анализа как микотоксинов, так и других низкомолекулярных соединений, с применением доступных оптических сенсорных чипов с сенсорным слоем «графен-аптамер» [1-2].

При этом микотоксины являются одними из основных природных контаминантов продуктов питания. Их предельно допустимая концентрация составляет 1-50 мкг/кг в зависимости от вещества, типа продукта питания и регламентирующих документов. Разработанные аналитические системы обладают характеристиками, значительно превосходящими требования к инструментам в области детекции микотоксинов.

Автор выражает благодарность научному руководителю, к.ф.-м.н. Никитину П.И., и коллективу лаборатории «Биофотоника» ЦЕНИ ИОФ РАН, в частности Знойко СЛ.

1. Nekrasov N. et al. Biosensors and Bioelectronics. 2022, 200, 113890

2. Orlov A.V. et al. Food Chemistry. 2022, 383, 132427.