Детектор здоровья

Нанопроводной электрохимический детектор, разработанный учеными Института физики полупроводников СО РАН совместно с московским Институтом биомедицинской химии РАМН, за несколько минут анализирует белковый состав крови человека (или любой другой биологической жидкости) и выдает результат на монитор компьютера.

Прибор диагностирует любые инфекции, начиная от вирусов и кончая микробами, онкологические заболевания и сердечно-сосудистые патологии. При заводском производстве его размеры будут сопоставимы с компьютерной «флешкой», а себестоимость не превысит 100 рублей за штуку.

В отличие от иммуноферментной и ПЦР диагностики, прибор может выявлять заболевание на очень ранней стадии, что имеет решающее значение для последующего лечения.

«В большинстве случаев рак поджелудочной железы, желудка, печени известными на сегодня методами обнаруживается на поздних стадиях, и прогноз почти всегда неблагоприятный. При онкологических заболеваниях начинает вырабатываться белок, подавляющий ответ иммунной системы — альфафетопротеин. Наш детектор способен обнаружить его наличие даже в минимальной концентрации», — приводит пример глава исследовательской группы Института физики полупроводников Владимир Попов.

Напомним, что в ответ на каждое заболевание человеческий организм вырабатывает определенный белок-антиген. И если на сенсорный элемент электронного детектора нанести антитело, он будет реагировать только на определенный тип антиген-содержащих частиц.

Основу детектора составляют кремниевый чип и кремниевый сенсорный элемент толщиной 15 нанометров. Если на сенсорный элемент попадет вредоносная частица, она изменит электропроводимость кремниевой проволоки и эти изменения будут зарегистрированы.

«Кремний и углерод, из которого состоят живые организмы, очень близки по свойствам. Поведение элементов, реакция организма на них зачастую одинаковы. Институт физики полупроводников — единственный в России обладает технологией изготовления кремния на изоляторе с высокими физическими параметрами, дающими необходимую для детектора чувствительность. Поэтому с идеей создания анализатора белков НИИ биомедицинской химии обратился именно к нам», — поясняет Владимир Попов.

Размер проволоки должен быть сопоставим с размером молекул, на наличие которых идет тест. Таким образом при изготовлении прибора в заводских условиях не потребуется большого количества биологически активного материала: для теста на одну инфекцию достаточно одной молекулы белка.

«Нанесением антигенов на кремниевые элементы занимается московский институт. Их оборудование работает с шагом 0,5 миллиметра. Поэтому пока электрохимический детектор может проводить всего 10 реакций одновременно. На самом деле на участке длиной 1 миллиметр можно разместить 20 000 кремниевых проволочек. Но техника, способная работать с таким нанорасстоянием, еще только разрабатывается», — отмечает Владимир Павлович.

Толчком к финансированию производства нанопроводных электрохимических детекторов может стать международная программа «Протеом человека» (расшифровка совокупности белков (протеинов) организма, по такому же принципу с начала 1990 годов расшифровывался геном). Если генов у человека 20 000, то количество белков с учетом модификаций при заболеваниях приближается к 5 миллионам. Поэтому в рамках программы предстоит обработать огромное количество информации.

«Участие России в программе — это расшифровка данных 18-й хромосомы. Она ответственна за 57 болезней, передающихся по наследству, которые кодируют 20 000 белков. Детектирование такого количества белков — это выполнимая задача для приборов разрабатываемого типа», — рассказывает Владимир Попов.

Уже одобрено участие в программе трех российских организаций, в том числе и ИФП СО РАН.

Ирина Кулагина, newsib.ru