«Алмазы – лучшие друзья девушек»

Этот слоган в названии, вложенный в уста Мэрилин Монро компанией «Де Бирс», сегодня весьма актуален и в нанотехнологии, оперирующей атомами и молекулами. Алмазные нанопроволоки (nanowires) позволили соединить полупроводниковые свойства «диаманта» и такого носителя генетической информации, как ДНК. Особенностью вещества генов является способность к самосборке (self-assembly), или соединению двух нитей ДНК с помощью водородных связей в двуцепочную спираль. Специалисты Калифорнийского технологического института в Пасадене (Лос-Анджелес) сумели недавно получить из ДНК супермолекулярные микротрубочки разного диаметра, используя для этого от 4 до 20 спиралей. Эти микротрубочки более технологичны по сравнению с углеродными в получении и обладают новыми дополнительными свойствами, что сулит им неплохое будущее в нанотехнологии. Но вернемся к нанопроволокам.

Сегодня уже никого не удивляют алмазные пленки, получаемые при синтезе искусственных алмазов. С помощью реактивного ионного травления, широко используемого в производстве электронных микрочипов, в такой пленке «вытачиваются» конусы высотой 10 микрон с тем же расстоянием между вершинами (они и получили название нанопроволок). Алмаз, будучи полупроводником, способен менять свои проводящие свойства под действием внешнего электрического поля. К конусам легко подсоединить, «подключить» (адсорбировать) короткие цепи ДНК, заряженные отрицательно. Возникающий в таком «конструкте» ток можно измерить с помощью подведенного к его поверхности электрода.

А далее в дело вступает квантовая механика, способствующая комплементарному воссоединению – гибридизации – двух цепей ДНК. Образование молекулярного «дуплекса» резко снижает электропроводность, что также регистрируется с помощью подведенного электрода. К нанопроволокам можно также подцеплять и молекулы протеинов, например ферментов или антител. В результате алмазная поверхность, «декорированная» биологическими молекулами, способна осуществлять конверсию (преобразование) биоинформации в легко считываемый электрический сигнал.

Новые биодиамантные сенсоры работают в режиме реального времени, позволяя осуществлять, например, мониторинг состояния окружающей среды. Ферменты и антитела будут реагировать на присутствие в воде и в воздухе различных загрязняющих и токсических агентов, а ДНК – на присутствие микробных и вирусных генов. Это чрезвычайно важно в условиях потенциальной угрозы биотерроризма с применением особо опасных инфекционных патогенов. В клинической практике с помощью алмазных биосенсоров можно будет следить за появлением микрофлоры, резистентной (устойчивой) к антибиотикам, что является еще большей угрозой для миллионов людей.

Материал подготовил И.Э.ЛАЛАЯНЦ

(Аngewandte Chemie, 2008, № 52, р. 5183;
Nature, 2008, № 7205, p. 708;
Science, 2008, № 5890, р. 824)