Кварцевый резонатор без специального покрытия как универсальный биосенсор

КВАРЦЕВЫЙ РЕЗОНАТОР БЕЗ СПЕЦИАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ КАК УНИВЕРСАЛЬНЫЙ БИОСЕНСОР

Т.А.Яхно. А.Г.Санин, А.С.Пелюшенко, В.В.Казаков, О.Б.Шапошникова, А.С.Чернов, В.Г.Яхно

Институт прикладной физики РАН, E-mail: tanva(a),awp. nnov. ru

Разработан новый методологический подход для осуществления медицинской диагностики на основе динамических параметров структуризации капель биологических жидкостей, высыхающих на поверхности кварцевого резонатора. Резонатор совершает сдвиговые колебания с постоянной частотой 60 Кгц. Регистрируемой величиной является комплексная электрическая проводимость резонатора; при этом, емкость ненагруженного резонатора компенсируется мостовой схемой устройства. Регистрируемый сигнал автоматически пересчитывается в единицы акустомеханического импеданса (АМИ), и отражается на дисплее в режиме реального времени. Результаты проведенного пилотного исследования показали перспективность использования данной технологии в медицинской экспресс-диагностике [1].

Целью настоящей работы было исследование причинно-следственных связей между составом модельных белково-солевых смесей и формой кривой АМИ. В разных сериях экспериментов были использованы белки BSA, HSA, IgG, IgM, фибронектин и желатин, а также соли NaCl и KCL. На основании динамики АМИ и морфологических исследований высохших капель под оптическим микроскопом были построены фазовые диаграммы, отражающие последовательность событий в высыхающих каплях при разных объемных соотношениях белка и соли в исходном растворе. Дегидратация капли приводит к постепенному повышению концентрации соли, стимулирующему процесс фазового расслоения белка, кластеризации и седиментации мицелл, гелеобразованию. При замене физиологического раствора дистиллированной водой мицеллообразование не наблюдалось, и высохшая капля была оптически пустой (стеклообразной). Выявлена зависимость этих процессов от концентрации и вида белка и соли, присутствия неионного сурфактанта, влияния магнитного поля. Показано, что наибольшую устойчивость к фазовому расслоению при высыхании капель белково-солевых смесей демонстрируют 7% (в) белковые золи в физиологическом солевом растворе NaCl. Это соответствует соотношению общего белка и соли в сыворотке крови здорового человека. Добавление сурфактанта вызывало дозо-зависимое уменьшение размеров кластеров и угнетение гелеобразования. Полученные данные позволили объяснить описанные ранее факты существования регулярных структур, наблюдаемых в сыворотке крови людей при некоторых заболеваниях [2]: состав компонентов сдвигал ее в сторону метастабильного состояния белка. Обсуждаются разные динамические режимы высыхания белково-солевых растворов, связанные с физическими свойствами адсорбционного слоя на границе «капля-воздух», лимитирующего скорость испарения. Проведенное исследование демонстрирует причинно-следственные связи, лежащие в основе целесообразности использования динамических параметров АМИ высыхающих капель биологических жидкостей в медицинской диагностике.

1. T. Yakhno, et al. // IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine, 2005, V. 24, N 2, P. 96-104.

2. T.A. Яхно и др. // ЖТФ, 73, 4, 23-27, 2003.

UNCOATED QUARTZ RESONATOR AS A UNIVERSAL BIOSENSOR

T. Yakhno, A. Sanin, A. Pelyushenko, V. Kazakov, O. Shaposhnikova, A. Chernov, .Yakhno Institute of Applied Physics RAS, tanya@awp. nno v. ru

We have developed a novel instrument for rapid liquid analysis. These data show that studying drying biological liquids in this manner will be useful for both research and practical rapid medical diagnostics.