Биозонды стали еще меньше
 Схематическое изображение принципов работы созданного зонда, а также СЕМ-изображение, полученное в рамках исследований. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Группа ученых из Universities of Harvard (США) и Peking University (Китай) создала свой биоэлектронный зонд, используя несколько производственных этапов. Для начала они изготовили полевые транзисторы из кремниевой нанопроволоки на подложке. Далее были выращены германиевые нанопровода, которые должны были выполнить роль матрицы для размещения зондов из нанотрубок на поверхности кремниевых полевых транзисторов. Созданный таким образом массив подвергался травлению в перекиси водорода, что позволило уменьшить диаметр верхних концов германиевых нанопроводов, сохраняя при этом размеры их нижней части.
Чтобы в итоге сформировать структуру из кремниевых нанотрубок на объект сначала напылялся тонкий слой диоксида кремния, после чего его толщина уменьшалась с помощью двухступенчатого селективного травления в буферном растворе фтористоводородной кислоты. На последней стадии германиевые нанопровода травились при помощи перекиси водорода, в результате чего образовывались сложные трехмерные структуры, состоящие из сочетания нанотрубок диоксида кремния и нанотрубок из чистого кремния.
Исследования, проведенные при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), показали, что верхняя часть нанотрубки из диоксида кремния в этой структуре имеет внутренний диаметр около 8 нм и толщину стенки – порядка 10 нм. При этом кончик нанотрубки имеет коническую форму, благодаря использовавшемуся электрохимическому травлению (нижняя часть имеет гораздо больший внутренний диаметр – около 80 нм, а толщина стенки составляет 30 нм).
Сформированная таким образом структура, по словам ученых, может использоваться для получения быстрых электрических сигналов, проходящих в нейронах и других клетках. Когда кончик нанотрубки проникает через клеточную мембрану, цитозоль клетки заполняет нанотрубку, действуя в качестве электрода затвора для базового полевого транзистора из кремниевых нанотрубок. С помощью отслеживания изменений проводимости полевого транзистора, таким образом, можно определить изменение клеточного потенциала.
Надо отметить, что в рамках своей работы ученые уже использовали созданные электроды для наблюдения за потенциалами клеток. Также исследователи измерили пропускную способность зондов и обнаружили, что она остается высокой, даже для зондов размером до 5 нм в диаметре. При этом частоты в 3 КГц вполне достаточно, чтобы записать внутриклеточные потенциалы нейронов и других биологических клеток, которым обычно нужно несколько миллисекунд для изменения состояния.
Ученые считают, что их зонд будет полезен для будущих электрофизиологических исследований, в частности, дендритов и клеточных ядер. До сих пор подобные измерения было сложно (или вовсе невозможно) реализовать с помощью существовавших биологических зондов. Кроме того, они планируют интегрировать созданные зонды в крупномасштабные массивы, что позволит создавать карты электрической активности нейронных сетей с беспрецедентным пространственным разрешением и минимальной инвазивностью.
Конечно, пока не все проблемы, связанные с использованием новых электродов, решены. До сих пор актуальным остается вопрос, как точно позиционировать сверхмалые зонды на субклеточных структурах. У ученых есть несколько идей, как решить эту проблему, которые они планируют проверить в ближайших работах.
Результаты текущей работы изложены в журнале PNAS.
Также по теме:
- Нанотрубки из диоксида титана применили для изготовления волноводов
- Пленки из углеродных нанотрубок проводят тепло также хорошо, как и металлы
- Ученые создали гибкую матрицу для получения изображений на основе углеродных нанотрубок
- Сенсоры на основе нанотрубок помогают обнаруживать живые биомаркеры
- Сверхгладкие нанотрубки
Источники: