Гаджеты, похожие на смарт-часы, смогут ставить диагноз по нескольким вирусам в выдыхаемом воздухе.
В мире, переполненном множеством угроз здоровью — от быстро распространяющихся вирусов до хронических заболеваний и устойчивых к лекарствам бактерий — потребность в быстрых, надежных и простых в использовании домашних диагностических тестах еще никогда не была такой важной. Представьте себе будущее, в котором такие тесты можно делать по выдыхаемому воздуху при помощи небольшого портативного устройства вроде умных часов.
Новое исследование ученых Школы инженерии Тэндон Нью-Йоркского университета, опубликованное в Nanoscale, делает это будущее возможным уже сейчас. Они разработали технологию изготовления микрочипов с полевыми транзисторами в качестве биосенсоров.
«Этот передовой подход обеспечивает более быстрые результаты, тестирование на несколько заболеваний одновременно и немедленную передачу данных поставщикам медицинских услуг», — пояснил доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Давуд Шахрджерди.
Полевые транзисторы — основа современной электроники. Ученые сумели адаптировать их для работы в качестве биосенсоров с невероятной чувствительностью вплоть до фемтомолярных концентраций или одной квадриллионной моля — за счет включения наноматериалов, таких как нанопроволоки, оксид индия и графен. Сложность состояла в настройке каждого транзистора на конкретный патоген, если все они на одном кристалле. Использовавшиеся для этого методы не поддавались масштабированию, оставляя «диагностические чипы» в стенах лаборатории.
Проблему решила термосканирующая зондовая литография — прорывная технология изготовления микросхем с разрешением до 20 нанометров и возможностью функционализировать отдельные транзисторы с различными биорецепторами — антителами или аптамерами.
В ходе испытаний транзисторы-биосенсоры на произведенных по новому методу чипах продемонстрировали впечатляющую чувствительность, обнаруживая шиповидные белки SARS-CoV-2 в концентрации 3 аттомоля, а живые вирусные частицы — от 10 штук на миллилитр, при этом различая различные типы вирусов, включая грипп А.
Такие параметры открывают широкие перспективы по производству сложных портативных диагностических устройств, способных преобразить современную медицину, а также помогут в поиске инновационных решений по безопасности зданий с точки зрения биологических угроз.