Чип із масивом нанорозмірних блоків укаже на наявність у зразку біологічної рідини вірусів, генів та тисяч інших важливих у діагностиці сполук протягом кількох хвилин. Пристрій не вимагає процедури збільшення кількості молекули у зразку, як наприклад, при стандартному методі генетичної діагностики ПЛР, тож економить кошти та години часу, пише сайт журналу Science. Винахід описали американські науковці у журналі Nature Communications.
Біочип під мікроскопом з масивом кремнієвих блоків. Jack Hu / Stanford Nano Shared Facilities
Як працює чип?
За допомогою методу полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) можна визначити наявність у біологічному зразку окремих збудників, вловлюючи їхні гени. Але процедура ґрунтується на ампліфікації — процесі створення мільйонів та іноді мільярдів копій цільового фрагмента ДНК, збільшуючи шанси на його виявлення, на що часто йдуть години, а також додаткові витрати. Натомість чип від вчених Стенфордського університету набагато чутливіший та не вимагає ампліфікації.
По суті новий біочип — це пластинка із масивом крихітних кремнієвих блоків. Кожен сягає близько 500 нанометрів у висоту, 600 нанометрів у довжину та 160 нанометрів у ширину, а на квадратному сантиметрі основи їх поміщається 160 000. Вони фокусують на своїй верхній поверхні інфрачервоне світло та покриті одноланцюговими фрагментами ДНК, які можуть зв'язуватися з комплементарними фрагментами генів із біологічних зразків, змінюючи від цього довжину випромінюваного ними світла та вказуючи на присутність у зразку цільового гена.
Як показав себе винахід у роботі?
Щоб продемонструвати роботу винаходу, вчені покрили блоки фрагментами ДНК, які можуть зв'язуватися з генами вірусу SARS-CoV-2. Відтак вони обробили чип зразком мазка носоглотки від хворої на ковід людини. Уже протягом п'яти хвилин вчені виявили під мікроскопом зсув довжини світлових хвиль із поверхні блоків, що вказало на успішне прикріплення до них вірусного генетичного матеріалу. Зазвичай у таких зразках кількість копій цільових вірусних генів складає близько 4 000, але цього виявилося достатнім для виявлення збудника.
Винахідники вважають, що зможуть пристосувати чип не лише до виявлення збудника, а й до визначення його кількості, щоб точніше підібрати лікування, відповідно до важкості інфекції. При цьому в межах одного біочипу різні блоки можна покрити молекулами, відповідними різним збудникам, дозволивши діагностування одразу кількох інфекцій. Окрім цього, замість фрагментів ДНК блоки можна покрити антитілами, які можуть зв'язуватися з білками, як-от токсинами чи маркерами захворювань, розширивши можливості діагностування. Але біочип також може знайти використання для виявлення окремих сполук, наприклад, забруднювачів, у водоймах.