Для решения этой проблемы химики MIT заменили антитела на специально синтезированные амфифильные полимеры. Эти макромолекулы содержат участки, которые взаимодействуют с водой (гидрофильные) или отталкивают её (гидрофобные).

На рисунке изображён молекулярный датчик на основе углеродной нанотрубки и амфифильного полимера для определения рибофлавина (витаин В2), созданный инженерами-химиками MIT (иллюстрация Strano research group/Chemical Engineering, MIT).

Полимеры синтезированы таким образом, что их гидрофобные участки прочно закрепляются на поверхности нанотубок, как якоря, а гидрофильные представляют собой «петли», которые образуют своеобразную корону вокруг частицы. Петли расположены строго вдоль трубки, а расстояние между якорями определяет, какая именно молекула-мишень сможет вклиниться в петли и изменить флуоресценцию нанотрубки.

Уникальность нового подхода состоит в том, что до того как полимер будет закреплён на нанотрубке невозможно предугадать, возможность молекулярного распознавания, глядя на структуру мишени и полимера. То есть сам по себе полимер не может избирательно распознавать ту или иную молекулу.

«Новая техника даёт нам беспрецедентную возможность распознавать любую молекулу-мишень, подбирая соответствующие комплексы нанотрубок и полимеров, создавая, по сути, синтетические аналоги антител живого организма», — поясняет ведущий автор исследования Майкл Страно (Michael Strano) в пресс-релизе MIT.

Один из участников исследования Маркита Лэндри (Markita Landry) измеряет флуоресценцию углеродных нанотрубок (фото Thomas Martin/ Techniche Universitat Munich).

В своей статье, вышедшей в журнале Nature Nanotechnology, исследователи публикуют описание молекулярных датчиков, специфичных по отношению к рибофлавину (витамин B2), эстрадиолу (женский половой гормон) и L-тироксину (гормон щитовидной железы).

В настоящее время учёные ведут активные разработки по определению нейротрансмиттеров, углеводов и белков. Ещё одной важной задачей для команды исследователей является понимание того, что именно происходит с полимером и всей наночастицей в целом при захвате определённой молекулы-мишени.

Исследователи полагают, что их настоящие и будущие разработки в области молекулярного распознавания откроют огромные возможности для мониторинга таких заболеваний как рак, различные воспалениея, диабет и многих других в любом живом организме.