Сотрудники научно-производственного комплекса «Технологический центр» создали биосенсор, позволяющий определять концентрации ванилина — одного из самых распространенных ароматизаторов пищевой промышленности. По словам ученых, прибор будет в несколько раз быстрее и дешевле используемых сегодня определителей. Исследования поддержаны Российским научным фондом, а результаты опубликованы в журнале Microchimica Acta.
Ванилин обычно используется в качестве ароматизирующей добавки в напитках, хлебобулочных изделиях, шоколаде и других сладких продуктах. В свежих продуктах и молоке ванилин обладает противомикробными и противогрибковыми эффектами, а также антиоксидантной активностью, то есть защищает организм от токсического действия некоторых соединений кислорода, например, перекиси и свободных радикалов. Поэтому концентрацию ванилина следует тщательно контролировать во время производства продуктов питания.
«В пищевой промышленности для определения концентрации веществ часто используют такие методы изучения, как жидкая хроматография и масс-спектрометрия. Но эти методы обычно трудоемкие, дорогостоящие и требуют наличия целой лаборатории с громоздким оборудованием. Мы решили создать устройство с высокой чувствительностью, быстрое, дешевое и простое в использовании», — говорит Александр Кузнецов, начальник лаборатории научно-производственного комплекса «Технологический центр».
Новый сенсор определяет нужное соединение на фоне других присутствующих в жидкости соединений. Эксперименты проводили на экстракте кофе, в который добавили ванилин. Сенсор сделан на основе популярных в последнее время ДНК-аптамеров — коротких цепочек ДНК. В таких цепочках последовательность нуклеотидов, из которых состоит цепочка, определяет, как будет выглядеть свернутая 3D-структура. Такая 3D-структура может выступать в роли «замка», к которому подходят определенные молекулы-«ключи», например, ванилин. Современные биотехнологии позволяют из множества комбинаций последовательностей нуклеотидов выбрать те, которые будут избирательно связываться именно с интересующей ученых молекулой. Сейчас такие конструкции, к примеру, помогают «узнавать» раковые клетки. Кузнецов и его коллеги в своем исследовании подобрали аптамер, который избирательно может связываться с ванилином. Затем ученые покрыли этим аптамером поверхность созданного ими полевого транзистора. Это позволило получить миниатюрный датчик для химического анализа.
«В современных микропроцессорах полевые транзисторы используются для реализации логических схем электронного устройства в двоичной системе. В современном процессоре количество транзисторов может достигать несколько десятков миллиардов. В наших работах мы делаем из полевых транзисторов химические датчики. Если несколько таких транзисторов-датчиков объединить с обычными полевыми транзисторами, то можно получить устройство, которое будет определять и анализировать многокомпонентный состав. И все это на чипе размером с ноготь», — рассказывает Александр Кузнецов.
Илл.: РНФ
Исследователи убеждены, что такие датчики могут использоваться для входного контроля сырья, например, свежести продуктов, или же в технологических процессах изготовления продуктов. «В рамках гранта РНФ мы нарабатываем аптамеры на разные органические молекулы, которые определяют аромат кофе. Конечная цель работы – это на одном микроэлектронном чипе вместе с обработкой сигнала совместить 16 полевых транзисторов-сенсоров, которые будут покрыты аптамерами, связывающиеся с разными органическими молекулами. С практической точки зрения такая система позволит отличать не только разные сорта кофе, но и определять регион, в котором собрали зерна, тип его первичной обработки, а в дальнейшем регулировать степень прожарки при его обработке. Насколько нам известно, в мире пока еще никому не удалось показать, что на основе нескольких биосенсоров можно создать микросистему для анализа запахов, на подобии того, как это реализовано в системе обоняния у живых организмов. Если получится, то возможно, мы будем первыми», — заключает исследователь.
