Инженеры из Стэнфордского университета разработали чувствительный крошечный кремниевый биочип, который может обнаруживать большое количество разнообразных молекул. Технология подойдет для медицинских тестов, в том числе для клинического анализа и поиска маркеров рака или признаков различных вирусных и бактериальных инфекций.
Принцип работы технологии основан на методе оптического обнаружения молекул с помощью метаповерхности, состоящей из небольших кремниевых блоков. Каждый такой массив представляет собой прямоугольный параллелепипед с блоками 500 нм в высоту, 600 нм в длину и 160 нм в ширину.
Конструкция и принцип работы метаповерхности. Изображение: Jack Hu et al., Nature Communications
Кремниевые блоки фокусируют ближний инфракрасный свет на своей верхней поверхности благодаря субволновым наноантеннам. Это позволяет базовому оптическому микроскопу измерять сдвиг длины волны света, исходящего от каждого кремниевого блока, который варьируется в зависимости от молекул, расположенных на них.
Чтобы проверить точность метода, исследователи прикрепили фрагменты одноцепочечного гена длиной 22 нуклеотида к силиконовым коробкам и погрузили массив в буферный раствор. Когда в раствор вводили комплементарные нити ДНК, они тут же присоединялись к связанным, сдвигая длину волны света от каждого параллелепипеда.
Большинство сенсоров для генетических тестов основаны на мониторинге поглощения или излучения света целевыми молекулами, предназначенными для связывания с геном-мишенью. Но в этих методах используется полимеразная цепная реакция для создания множества копий перед попыткой ее идентификации. Это увеличивает стоимость и срок тестирования. Чувствительные метаповерхности напротив позволяют обнаружить даже небольшое количество молекул.
