Сергей Владимирович Воробьев, д. м. н., главный научный сотрудник, профессор, профессор кафедры
НИЛ неврологии и нейрореабилитации; кафедра неврологии с клиникой; кафедра клинической лабораторной диагностики
Санкт-Петербург
Sergey V. Vorobev, D. Sc. in Medicine, Chief Researcher, Professor, Professor at the Department
Laboratory of Neurology and Neurorehabilitation; Department of Neurology with a Clinical Base; Department of Clinical Laboratory Diagnostics
Saint Petersburg
Антон Юрьевич Плеханов, к. б. н., младший научныйсотрудник
лаборатория системной вирусологии
Санкт-Петербург
Anton Yu. Plekhanov, Ph. D. in Biology, Junior Researcher
Laboratory of Systems Virology
Saint Petersburg
Иван Константинович Терновых, ассистент
кафедра неврологии с клиникой
Санкт-Петербург
Ivan K. Ternovykh, Assistant
Department of Neurology with a Clinical Base
Saint Petersburg
Александр Сергеевич Усиков, к. ф.-м. н.
Санкт-Петербург
Alexander S. Usikov, Ph. D. in Physics and Mathematics
Saint Petersburg
Александр Александрович Лебедев, д. ф.-м. н., профессор, руководитель отделения
отделение твердотельной электроники
Санкт-Петербург
Alexander А. Lebedev, D. Sc. in Physics and Mathematics,Professor, Head of the Department
Solid-State Electronics Department
Saint Petersburg
Александр Николаевич Смирнов, к. ф.-м. н., старшийнаучный сотрудник
Санкт-Петербург
Alexander N. Smirnov, Ph. D. in Physics and Mathematics,Senior Researcher
Saint Petersburg
Наталия Михайловна Шмидт, д. ф.-м. н., главный научный сотрудник
Санкт-Петербург
Natalia M. Shmidt, D. Sc. in Physics and Mathematics, Chief Researcher
Saint Petersburg
Михаил Сергеевич Дунаевский, к. ф.-м. н., заместительруководителя отделения
отделение физики твердого тела
Санкт-Петербург
Mikhail S. Dunaevskiy, Ph. D. in Physics and Mathematics,Deputy Head of the Department
Solid State Physics Department
Saint Petersburg
Сергей Павлович Лебедев, к. ф.-м. н., научный сотрудник
Санкт-Петербург
Sergey P. Lebedev, Ph. D. in Physics and Mathematics, Research Fellow
Saint Petersburg
С учётом стабильного роста числа случаев болезни Альцгеймера, всё более остро встает вопрос повышения уровня её диагностики.
Цель исследования: разработка нового метода верификации маркеров болезни Альцгеймера в сыворотке крови на основе графеновых сенсоров.
Материалы и методы. Рост графена осуществлялся методом сублимации. На первом этапе эксперимента оценивали эффективность прикрепления антител к бета-амилоидному пептиду человека 1–42 и общему тау-протеину человека. На втором этапе проводили оценку способности сенсоров осуществлять анализ белков бета-амилоида 1–42 и общего тау-протеина.
Результаты. Графен, функционализированный сульфогруппами от пиранина, проявляет достаточную способность иммобилизировать антитела. Обработка глутаровым альдегидом графена, функционализированного аминогруппами, значительно повышает способность последнего к иммобилизации антител. Сенсоры проявляют высокую чувствительность при концентрациях белков в растворах от 10–10 до 10–15 г/мл. При небольших концентрациях антигена полученные калибровочные графики круто ниспадают и расходятся незначительно, что позволяет использовать эту область для определения неизвестной концентрации антигена. Концентрация белков в слепом опыте определена с погрешностью в 1,5 раза, то есть примерно в половину шага разведения. Более дробное разведение проб поможет достичь большей точности, что показывает принципиальную применимость использованного нами подхода.
Заключение. Проведённые нами к настоящему моменту исследования позволили разработать медицинские и физико-химические аспекты действия сенсоров на основе графена для детекции низких концентраций белков бета-амилоида и тау-протеина в средах. Продемонстрирована принципиальная техническая работоспособность данной методики.
Given the steady increase in the number of cases of Alzheimer's disease, the issue of improving the level of its diagnosis is becoming more urgent.
The aim of the study was to develop a new method for verifying markers of Alzheimer's disease in blood serum based on graphene sensors.
Materials and methods. Graphene growth was carried out by sublimation. At the first stage of the experiment, the effectiveness of antibody attachment to human beta-amyloid peptide 1–42 and human total tau protein was evaluated. At the second stage, the sensors' ability to analyze beta-amyloid 1–42 proteins and total tau protein was evaluated.
Results. Graphene functionalized with sulfo groups from pyranine exhibits sufficient ability to immobilize antibodies. Treatment with glutaraldehyde of graphene functionalized by amino groups significantly increases the ability of the latter to immobilize antibodies. The sensors exhibit high sensitivity at protein concentrations in solutions from 10–10 to 10–15 g/ml. At low concentrations of antigen, the obtained calibration graphs steeply drop and slightly diverge, which makes it possible to use this area to determine an unknown concentration of antigen. The concentration of proteins in the blind experiment was determined with an error of 1.5 times, that is, about half the dilution step. A more fractional dilution of samples will help to achieve greater accuracy, which shows the fundamental applicability of the approach used.
Conclusion. The research conducted to date has allowed the development of medical, as well as physicochemical aspects of the action of graphene-based sensors for detecting low concentrations of beta-amyloid and tau protein proteins in media. The fundamental technical efficiency of this technique has been demonstrated.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.