Óriási lépések a nanovilágban

Új típusú, nagyon érzékeny, nanoméretű biológiai szenzort alkottak az amerikai Yale Egyetem kutatói, mellyel élő sejtek immunreakcióját, T-limfociták megjelenését érzékelték mindössze 10 másodpercen belül. Az újdonság a szenzor gyorsaságában és előállítási módjában rejlik, ráadásul az új eszköz könnyen bekapcsolható a jelfeldolgozó információs rendszerekbe. Összeállításunkban beszámolunk nanokerekek megforgatásáról és a nanotechnológia lehetséges egészség- és környezetkárosító hatásairól is.

A milliméter milliomod részének mérettartományába eső nanoeszközök egyik legígéretesebb alkalmazási területe a biotechnológia. Nanodrótokat már korábban is sikeresen alkalmaztak bioszenzorokban. A félvezető nanodrótok nagyon érzékeny (tehát kis anyagmennyiség jelenlétét is kimutató) és szelektív (tehát csak a keresett molekulára reagáló) eszköznek bizonyultak. Nanodrótos megoldások születtek már ionok, kismolekulák, fehérjék, DNS-molekulák és vírusok kimutatására. Az eddigi szenzorok közös jellemzője azonban a bonyolult, többféle technikát nehezen ötvöző gyártástechnológia.

Az új megoldással készült szenzor nanodrótjait szigetelőanyagra felvitt ultravékony szilíciumrétegben alakították ki ún. anizotróp nedves maratással. Az anizotróp maratás azt jelenti, hogy a marófolyadék (ez esetben tetrametil-ammónium-hidroxid) a szilíciumkristály egyik kristálytani síkjában más sebességgel már, mint a többiben (a marás sebességében 100-szoros az eltérés). Ezzel az eljárással trapéz keresztmetszetű nanodrótokat sikerült kialakítaniuk. Más módszerekkel sűrűbb nanodrót elrendezést lehet létrehozni, de biológiai szenzorok céljára nem optimális a túl sűrű elrendezés.

Az új megoldással készült szenzor legfőbb erénye, hogy összeilleszthető az ún. fém-oxid térvezérelt tranzisztorok gyártástechnológiájával, ezért könnyen bekapcsolható a jelfeldolgozó információs rendszerbe. A félvezető nanodrót hidrogénionokra érzékeny: a nanodrót felszínének oxidrétege protonokat vesz fel vagy ad le a közeg kémhatásától, pH-jától függően. A nanodrót most egy tranzisztor kapuelektródája, vagyis szabályozza a tranzisztoron átfolyó áramot. A nanodrót állapotának megváltozása tehát a tranzisztorban jelentkezik és onnan már könnyen továbbítható az adatfeldolgozó rendszerbe.

A kutatók korábban már bevált módszerrel a sejtek T-limfocitáit (az immunsejtek egy típusa) aktiválták, ezzel tesztelték az új szenzort. A T-sejtek megjelenése sav felszabadulásával jár együtt, erre reagált a nanodrót és csökkentette a tranzisztor áramát.

A reakció nagyon gyors volt, 10 másodperc elteltével már jelzett a szenzor. Mint említettük, a nanoszenzorokat bizonyos makromolekulák (pl. DNS) közvetlen kimutatására már alkalmazzák, amihez fluoreszcens festékanyagot vagy radioaktív nyomjelző izotópot adnak a rendszerhez. Az új szenzorral azonban feleslegessé válnak ezek a kimutatást bonyolító és lassító (akár órákat is igénybe vevő) eljárások.

Néhány anyaggal már sikeres próbát végeztek: kimérték, milyen anyagkoncentrációk kimutatására képes a szenzor. Az alkalmazási lehetőségek felkutatása folytatódik.