Ведущие ученые Томского политехнического университета при участии экспертов из Университета Глазго (Великобритания) и Университета химии и технологии (Чехия) разработали уникальное сенсорное устройство на основе двухмерных структур теллурида молибдена. Это инновационное решение уже сейчас демонстрирует высокую эффективность в обнаружении важнейших биомаркеров, имеющих решающее значение для ранней диагностики сердечно-сосудистых заболеваний человека, таких как холестерин. Отмечается, что опознавание этих веществ с помощью стандартных оптических сенсоров на драгоценных металлах давно остается одной из самых сложных задач современной биомедицинской диагностики.
Преимущества новых двухмерных материалов
Разработка основана на использовании ультратонких пленок теллурида молибдена — нового поколения двумерных материалов, обладающих уникальной чувствительностью и высокой селективностью. Если ранее в аналогичных исследованиях применялись сенсоры на основе драгоценных металлов, то в этой работе впервые ключевую роль сыграл теллурид молибдена, созданный специалистами Университета Глазго. Он позволил существенно повысить точность идентификации таких соединений, как холестерин, сквален, ситостерол, холестан, причем даже на фоне большого количества схожих по составу молекул. Скопление этих соединений в крови часто свидетельствует о начале развития сердечно-сосудистых заболеваний, поэтому качественный мониторинг их содержания имеет огромную научную и социальную значимость.
Уникальные возможности рамановской спектроскопии
Основой для работы нового сенсора стал метод поверхностно усиленной рамановской спектроскопии (SERS). Обычно такой подход требует применения сенсоров на базе металлов вроде золота и серебра, отмеченных высокой стоимостью и сложностью производства. Однако команда исследователей предложила альтернативу в виде теллурида молибдена с большими удельными поверхностями и особой химической структурой, что привело к увеличению чувствительности и, самое главное, воспроизводимости результатов. По словам ведущего научного сотрудника Томского политеха Ольги Гусельниковой, именно двумерные материалы открывают новые горизонты для биомедицинских исследований благодаря своей универсальности и возможностям расширения функциональности сенсоров.
Простота конструкции и высокая эффективность
Новый сенсор отличается не только высокой точностью, но и простотой конструкции — на кремниевую подложку последовательно наносятся супертонкие слои теллурида молибдена толщиной менее одного нанометра. Исследования показали: оптимальное качество сигнала достигается при пяти слоях материала, что подтверждает продуманность инженерной реализации. Такой подход обеспечивает отличный отклик даже при минимальных концентрациях анализируемых веществ, делая возможным обнаружение биомаркеров в наномолярных количествах. Для современной биомедицинской диагностики этот результат можно считать прорывом: сенсор способен уловить сигнал от одного маркера на миллиард молекул окружающего раствора. Такой уровень чувствительности особенно важен для ранней диагностики заболеваний, когда количество обнаруживаемых веществ ничтожно мало.
Химический механизм усиления сигнала
Одной из ключевых особенностей новой технологии является уникальный химический механизм усиления сигнала. В отличие от традиционных сенсоров, где усиление происходит за счет физических эффектов металлической поверхности, здесь работа основана на химическом взаимодействии маркеров с теллуридом молибдена. На поверхности сенсора формируются комплексные соединения, которые эффективно фиксируются рамановской спектроскопией. Это открывает возможность не только для повышения селективности (отличной идентификации даже очень похожих по структуре молекул), но и для расширения спектра обнаруживаемых биомаркеров. Как подчеркивает Ольга Гусельникова, такая концепция обеспечивает большую гибкость в дальнейших исследованиях и позволит индивидуализировать методы диагностики под задачи современной медицины.
Перспективы развития и значимость открытия
Открытие исследовательских коллективов Томского политехнического университета, Университета Глазго и Университета химии и технологии знаменует собой новый этап в развитии сенсорных технологий. Использование теллурида молибдена в качестве базового материала открывает путь к созданию мобильных, доступных и высокоточных экспресс-методов для диагностики широкого спектра заболеваний. Простота изготовления, высокая воспроизводимость и невероятная чувствительность делают такие сенсоры отличной альтернативой дорогостоящим и громоздким приборам на базе драгоценных металлов. К тому же возможность экспресс-анализа без обязательной подготовки проб значительно ускоряет и упрощает проведение биомедицинских исследований.
В перспективе интеграция новых сенсоров в медицинские лаборатории и портативные диагностические устройства может качественно улучшить выявление и мониторинг сердечно-сосудистых заболеваний, повысить доступность профилактики и сделать диагностику более точной, быстрой и безопасной. Сотрудничество ведущих международных научных школ, поддержка молодых исследователей и развитие материаловедения открывает широчайшие горизонты для будущих прорывов — как в фундаментальной науке, так и в практической медицине.
Источник: scientificrussia.ru
