Наноразмерные транзисторы позволят проводить чувствительные исследования в клетках

Биопробы предполагают первые внутриклеточные измерения с помощью полупроводникового устройства.

Химики и разработчики из Гарвардского университета сконструировали из нанопроводов новый тип транзисторов V-формы и достаточного размера, чтобы их можно было использовать для чувствительного исследования внутри клеток.

Новое устройство, описанное в издании Science, меньше чем большинство вирусов и шириной в сто раз меньше привычных зондов сейчас используется для клеточных измерений.

«Применение нами наноразмерных транзисторов с полевым эффектом или nanoFETs представляет новый метод внутриклеточных исследований и первое в своем роде внутриклеточное измерение с помощью полупроводникового устройства», сообщил старший автор работы Чарльз Либер, профессор химии. «NanoFETs — первые инновационный электронные измерительные приборы для внутриклеточных исследований с 1960-х».

Либер с коллегами сообщили, что nanoFETs могут использоваться для измерения потока ионов или электрических сигналов в клетках, в особенности нейронов. Устройства могут быть оснащены рецепторами или лигандами для анализа наличия индивидуальных биохимикатов в пределах клеток.

Человеческие клетки могут быть разного размера: от 10 микронов (миллионная доля метра) — нервные клетки, до 50 микронов — сердечные клетки. И в то время как сегодня в основном применяются частицы до 5 микронов в диаметре, nanoFETs на несколько порядков меньше: от 50 нанометров (миллиардная доля метра) в длину до всего 15 нанометров в диаметре.

Помимо небольшого размера легкое внедрение nanoFETs в клетку обуславливают еще две особенности. Во-первых, Либер с коллегами выяснили, покрытие частиц двойным слоем фосфолипида — вещества, идентичного тому, из которого состоят клеточные мембраны — устройства легко попадают внутрь клетки вследствие так называемого мембранного слияния, то есть процесса, с которым в клетку обычно проникают вирусы и бактерии.

«Эта особенность избавляет нас от необходимости проталкивать nanoFETs в клетку, так как по существу они сами неплохо в нее проникают», заявил Либер. «Это также означает, что имплантация nanoFETs не травмирует клетку, как это бывает в процессе подобных современных исследований. Мы выяснили, что nanoFETs можно многократно внедрять и извлекать из клетки без какого-либо вреда для живой структуры».

Во-вторых, текущее исследование строится на предыдущей работе Либера с коллегами относительно введения треугольных стереоцентров — жестких шарнирных соединений в 120-градусной развертке — в нанотрубки, структуры, которые до тех пор были только линейными. Эти стереоцентры, аналогичные химическим центрам в составе множества сложных органических молекул преобразовывают 1-d наноструктуры в более сложные формы.

Либер с соавторами выяснили, что два 120-градусных соединения в соответствующей цис-конфигурации формируют один 60-градусный угол V-формы, предпочтительный для двулучевой nanoFET с датчиком на конце V. Два луча можно соединить с проводами, чтобы пустить ток сквозь наноразмерный транзистор.

16.08.2010