ИСТИНА

Оптические биосенсоры имеют значительные преимущества перед другими аналитическими методами благодаря хорошей чувствительности, удобству и простоте использования, воспроизводимости и надежности. Для преобразования сигнала в оптических датчиках можно использовать эффекты интерферометрии, поверхностного плазмонного резонанса, дифракционных решеток фотонных кристаллов, преобразователей на основе оптических волноводов, эллипсометрии и др. [1]. Наиболее распространенные оптические датчики основаны на эффектах интерференции света в тонких слоях кремниевых наноструктур, таких как пористый кремний различной морфологии [2] или кремниевые нанонити (КНН) [3]. Принцип работы такого датчика заключается в том, что освещение тонкого слоя кремниевых наноструктур белым светом приводит к отражению света от верхней и нижней границы наноструктур, создавая интерференцию Фабри-Перо, где частота интерференции определяется эффективной оптической толщиной слоя кремниевых наноструктур [2,4]. Изменение эффективного показателя преломления кремниевых наноструктур после адсорбции биологических молекул и клеток проявляется в смещении интерференционных полос и/или изменении их амплитуды [2–7]. Еще одним популярным методом обнаружения различных биомолекул является гигантское комбинационное рассеяние (ГКР) [8]. Представлен простой метод декорирования КНН наночастицами золота и серебра путем восстановления их из AgNO3 и AuCl3 в присутствии 5М HF с целью придания ГКР-активных свойств полученным композитным подложкам [9]. Кроме того, с помощью ГКР на КНН, декорированных золотом, был успешно обнаружен билирубин с пределом обнаружения 1 мкМ [10], а также интерналин B, белок, связанный с патогенными бактериями Listeria monocytogenes, был успешно обнаружен с помощью ГКР на КНН, декорированных серебром [11]. В этом исследовании были объединены два метода обнаружения: интерференция Фабри-Перо и ГКР, и было показано, что КНН, покрытые наночастицами золота и серебра, могут быть использованы для создания бимодального оптического сенсора для диагностики бактерий. Были получены и исследованы КНН, покрытых золотыми и серебряными наночастицами, с толщиной КНН 2,3 мкм и толщиной биметаллического слоя 100 нм. Показана возможность диагностики L. Innocua до концентраций 6,4·106 КОЕ/мл по изменению эффективной оптической толщины. Показана возможность диагностики L. Innocua по спектрам ГКР после их адсорбции на КНН, покрытых золотыми и серебряными наночастицами, до концентраций 3,2·106 КОЕ/мл. В спектрах ГКР наблюдаются пики, характерные для белков клеточной стенки грамположительных бактерий Listeria. Можно заключить, что данные образцы эффективны в качестве бимодального оптического сенсора для диагностики бактерий. Разработанный датчик демонстрирует потенциал для быстрой диагностики и идентификации бактерий без использования меток, что делает его универсальным инструментом для разнообразных применений в области обнаружения микробов. Схема работы бимодального сенсора приведена на рисунке 1. Рис.1. Схема работы бимодального сенсора на основе КНН, покрытых золотыми и серебряными наночастицами. Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-72-10062, https://rscf.ru/project/22-72-10062/. Литература [1] M. Nirschl, F. Reuter, J. Vörös, Biosensors, 2011, 1(3), 70. [2] A. Jane, R. Dronov, A. Hodges, N. H. Voelcker. Trends in biotech., 2009, 27(4), 230. [3] K. A. Gonchar, S. N. Agafilushkina, D. V. Moiseev, I. V. Bozhev, A. A. Manykin, E. A. Kropotkina, A. S. Gambaryan, L. A. Osminkina, Mater. Res. Express, 2020, 7, 035002. [4] V. S. Lin, K. Motesharei, K. P. Dancil, M. J. Sailor, M. R. Ghadiri, Science, 1997, 278(5339), 840. [5] M. B. Gongalsky, A. A. Koval, S. N. Schevchenko, K. P. Tamarov, L. A. Osminkina. J. Electr. Soc., 2017, 164(12), B581. [6] N. Massad-Ivanir, G. Shtenberg, E. Segal, J. Vis. Exp., 2013, 81. [7] N. Massad-Ivanir, G. Shtenberg, N. Raz, C. Gazenbeek, D. Budding, M.P. Bos, E. Segal, Sci. Rep., 2016, 6, 38099. [8] S. Pahlow, S. Meisel, D. Cialla-May, K. Weber, P. Rösch, J. Popp, Adv. Drug Del. Rev., 2015, 89, 105. [9] O. Žukovskaja, S.Agafilushkina, V. Sivakov, K. Weber, D. Cialla-May, L. Osminkina, J. Popp, Talanta, 2019, 202, 171. [10] A. D. Kartashova, K. A. Gonchar, D. A. Chermoshentsev, E. A. Alekseeva, M. B. Gongalsky, I. V. Bozhev, A. A. Eliseev, S. A. Dyakov, J. V. Samsonova, L. A. Osminkina, ACS Biomater. Sci. Eng., 2022, 8(10), 4175. [11] K. A. Gonchar, E. A. Alekseeva, O. D. Gyuppenen, I. V. Bozhev, E. V. Kalinin, S. A Ermolaeva, L. A. Osminkina, Opt. Spec-trosc., 2022, 130, 521.