CC BY
0_ , SKSSraSS ФИЗИКА ШОТОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
А "ПРОХОРОвОСМЕ НЕДЕЛИ-
ФИЗИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ И МЕДИЦИНСКИХ ПРИЛОЖЕНИЙ
Разработка адаптивного биосенсора с молекулярно-регулируемой плотностью центров связывания на сенсорной поверхности для обнаружения низкомолекулярных соединений
Беляков Н.А., Орлов А.В.
Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва Е-mail: WhiteNik.bel@yandex.ru
DOI: 10.24412/cl-35673-2024-1-167-168
С развитием биотехнологий появилась возможность определять качественный и количественный состав биологических сред с помощью биосенсоров. Важными параметрами таких систем являются динамический диапазон и разрешающая способность. Однако, большая разрешающая способность системы приводит к снижению динамического диапазона и наоборот, поэтому при разработке биосенсорной системы приходится искать компромисс между обозначенными параметрами.
Эта проблема может быть решена созданием биоаналитической системы с настраиваемым динамическим диапазоном под условия конкретных измерений. В данной работе мы предлагаем метод управления количеством доступных центров связывания биораспознающих антител с помощью «экранирующих» молекул. Управление чувствительной поверхностью биосенсора позволяет изменять динамический диапазон и разрешающую способность системы.
Регистрация межмолекулярных взаимодействий в проводимых экспериментах происходила с помощью устройства, работающего на основе спектрально-корреляционной интерферометрии (СКИ) -СКИ-хемосенсора [1-3]. Этот прибор позволяет в режиме реального времени наблюдать биохимические реакции на поверхности покровного стекла. В качестве источника излучения был использован суперлюминесцентный диод. Широкополосное излучение (850±15 нм) диода проходило через сканирующий интерферометр Фабри-Перо и попадало на поверхность покровного стекла. В данном случае стекло выступало в роли второго интерферометра и сенсорного чипа одновременно. Отраженное от стекла излучение
_ ¡ssraas физика биологических и meдицинских приложений
^Bf* J^ -ПРОХОРОВСКИЕ НЕДЕЛИ-
попадало на матрицу 12-битной ПЗС камеры. Изменение толщины биослоя на поверхности стекла приводит к сдвигу фазы сигнала, регистрируемого камерой. Благодаря изменению фазы математически вычисляется соответствующее изменение толщины биослоя [4, 5].
В качестве модельных «экранирующих» молекул были выбраны молекулы фолиевой кислоты, в качестве модельного определяемого вещества использовали антибиотик хлорамфеникол, а молекулы биотина использовали для усиления сигнала. Благодаря стерическим особенностям конъюгатов указанных молекул с бычьим сывороточным альбумином на сенсорной поверхности были реализованы две отличающиеся конфигурации.
В первой конфигурации чувствительной поверхности биосенсора количество центров связывания антител к хлорамфениколу уменьшалось за счет стерического экранирования антителами к фолиевой кислоте, в результате чего динамический диапазон смещался в сторону сверхнизких концентраций. Во второй конфигурации экранирование не проводилось. Определение модельных молекул проводили в стандартном конкурентном формате с антителами в растворе и антигеном на сенсорной поверхности.
Продемонстрированный новый подход к созданию адаптивного биосенсора, способного подстраивать чувствительную поверхность для определения низкомолекулярных соединений, позволил разработать тест-систему с рекордным пределом обнаружения антибиотика хлорамфеникола — 200 фг/мл, охватывающую 10 порядков величины концентраций. Экспериментально показана возможность настройки поверхности биосенсора, что позволяет создавать биосенсорные системы с управляемыми аналитическими характеристиками, решающие проблему баланса между динамическим диапазоном и разрешающей способностью.
Авторы выражают благодарность научному руководителю к.ф.-м.н. Никитину П.И. и коллективу лаборатории «Биофотоника» ЦЕНИ ИОФ РАН, в частности Знойко СЛ.
1. Orlov A.V., et al., Biosensors and Bioelectronics, 2020, 159, 112187
2. Orlov A.V., et al., Food Chemistry, 2022, 383, 132427
3. Novichikhin D.O., et al., Chemosensors 2023, 11 (1), 17
4. Burenin A.G., et al., Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2015, 407, 3955-3964
5. Nikitin P.I., et al., Quantum Electron., 2000, 30, 1099
