NIST ғалымдары наноқуыстар тілі үшін «розетті тас» жасады

Стандарттар мен технологиялардың Ұлттық институтының ғалымдары аурулар мен денсаулықтың химиялық көрсеткіштерінің мыңдаған белгілерін сканирлей алатын қанның жылдам талдауына арналған құралды жасауға тағы бір қадамға жақындай түсті. Зерттеушілер нанокуыстар диаметрі 2 нм-ден кем жасанды жасушалар мембранадағы «қақпалар» генерациялайтын электр белгілерінің шифрін қалай шешуге болатынын анықтады.

Наноқуыстарды зерттеу жаңа бағыт емес. Он жылдам астам уақыт бойы ғалымдар наноқуыстарға негізделген электрлі детекторларды генетикалық секвенизациядағы бір тізбекті ДНҚ-н анықтау үшін қолдануға әрекет жасап жүр. Жақында NIST зерттеушілері наноқуыстардың ағзада синтезделетін 20000 астам ақуыздың әрқайсысын анықтау, сандық бағалау және сипаттау үшін колданылуына көңіл аударды. Бұл мүмкіндік науқас денсаулығының жалпы күйінің «лездік суретін» қамтамасыз етеді. Бірақ нанокуысқа бір мезгілде тек бір молекула кіретіндіктен, бұл қай молекула екенін нақты анықтау қиын мәселе.

Бұл мәселені шешу үшін наноқуыс арқылы өтетін әрбір молекуланың мөлшерін де, концентрациясын да айыратын әдісті өңдеп шығарған NIST мамандары жауап тапты. Олардың жаңа теориялық моделі наноқуыстың молекуланы бөлшектеу үдерісінің физикалық және химиялық жақтарын сипаттайды. Бұл үдерісті түсіну нанокуыстардың медицинада қолданылуына мүмкіндік береді.

«Бұл жұмыс мұндай наноқуыстарды медицина ғылымы үшін күшті диагностикалық құрал ретінде қолдануды жүзеге асыруға тағы бір кадамға жақындатады», - дейді Джозеф Робертсонмен және Джон Касьяновичпен бірге зерттеу жүргізген Джозеф Рейнер. «Бұл қандай молекулалар нанокуыс арқылы өткенін окуға мүмкіндік беретін біздің «Розетта тасымыз»».

Өздерінің жаңа әдістерін қолданып, ғалымдар үлкен молекулалардың белгілі бір типінің нанокуыспен әрекеттесуін дәл модельдей алды«Эталон» ретінде олар түрлі ұзындыкты тізбектер түзетін полиэтиленгликоль (PEG) молекулаларын колданды.

«Полиэтиленгликоль тізбектері өте ұзын болуы мүмкін, бірақ әрбір буындары өте кішкентай», - деп түсіндіреді Касьянович.

Ғалымдар жасаған құрылғы әртүрлі ұзындықты полиэтиленгликольді тізбектерді оңай ажырата алады және олар өңдеп шығарған наноқуыспен PEG арасындағы әрекеттесуді сипаттауға арналған модельді одан әрі дамытқанда мини сенсорлардың әртүрлі молекулаларды өлшеуге келтірілуіне болатынына үміттендіреді. «Бәлкім біз әркайсысы белгілі бір затты өлшейтін көптеген наноқуыстар жиынтығын жасай аламыз», - дейді Касьянович.

«Наноқуыс өте аз мөлшерге ие болғандықтан, ағзаның әрбір ақуызына арналған жеке нанокуыстары бар құрал да шағын болады». Наноқуыс арқылы өтетін әрбір молекула мембрана арқылы өтетін иондар токта тудыратын өзгерістер мониторингісі көмегімен идентификациялануы мүмкін. Әртүрлі молекулалар (күлгін және жасыл объектілер) куысқа (косымшада жасылмен көрсетілген) кіргенде, олардың әрқайсысы мөлшеріне және жақын орналасқан иондарды (қызыл нүктелер) өзіне тарту қабілетіне байланысты токты белгілі бір шама мен уақыт аралығына (төмендегі диаграммада сәйкес түсті сызбанұсқамен көрсетілген) азайтады. NIST мамандары жасаған модель осы ақпаратты алып, оны медицинадағы биобелгілерді анықтауға және сипаттауға қолдануға мүмкіндік береді.