В МГУ улучшили эффективность биосенсоров для ранней диагностики рака

Исследователи МГУ и ФТИАН им. К.А. Валиева предложили способ защитить нанопроводниковые биосенсоры от разрушения в биологических жидкостях с помощью тонкого слоя оксида гафния. Такой метод пассивации позволяет надолго сохранить стабильность кремниевых устройств и не снижает их сверхвысокую чувствительность, необходимую для обнаружения единичных молекул биомаркеров, включая простат-специфический антиген. Работа открывает возможности для создания надежных систем быстрого анализа патологий. Результаты исследования опубликованы в Moscow University Physics Bulletin.

Современной медицине нужны быстрые и точные методы ранней диагностики. Перспективными считаются биосенсоры на базе полевых транзисторов с кремниевыми нанопроводами, способные улавливать отдельные молекулы. Однако кремний в жидких средах разрушается, что вызывает дрейф сигнала и выводит устройство из строя.

Олег Снигирев сравнивал работу таких сенсоров с «чувствительным микрофоном под сильным ливнем», отмечая, что агрессивная среда искажает сигнал и повреждает устройство. Он объяснял, что задача исследователей заключалась в создании защитного покрытия, которое не ухудшит чувствительность сенсора.

В качестве такого покрытия предложен ультратонкий слой оксида гафния (HfO₂). Этот материал обладает химической стойкостью, высокой диэлектрической проницаемостью и хорошими изолирующими свойствами. Исследователи наносили его методом атомно-слоевого осаждения на поверхность кремниевых нанопроводов.

Главным требованием было сохранить высокую чувствительность сенсоров. Использование high-k диэлектрика позволило увеличить толщину защитного слоя без ухудшения работы устройства. Испытания показали, что сенсоры с покрытием HfO₂ намного стабильнее функционируют в средах, имитирующих биологические жидкости, по сравнению с устройствами, покрытыми оксидом кремния. Также было важно минимизировать появление дефектов и зарядовых ловушек на границе материалов, поскольку они могли бы снизить чувствительность.

Ключевым этапом стала разработка метода химической функционализации покрытия. На поверхности HfO₂ исследователи закрепили золотые наночастицы, служащие основой для присоединения антител к ПСА — важному маркеру рака простаты. Это подтвердило возможность создания полноценной биосенсорной платформы на новом защитном слое.

Внедрение технологии позволит создавать компактные и долговечные устройства для быстрого обнаружения опасных заболеваний на ранней стадии. Такие системы можно будет использовать непосредственно в медицинских пунктах, делая диагностику доступнее и быстрее.

Рекомендуем также:

1. Город-тайна в России: почему жители уезжали из него целыми семьями, бросая дома и вещи
2. Неочевидный способ поддерживать порядок и свежесть: как простая губка работает внутри холодильника