Ферментативное травление использовано для создания микротопологии поверхности

В живых системах сложные нано- и микроразмерные структуры отвечают за самые разнообразные физические и биологические функции. И хотя создание двумерных шаблонов (практически любой сложности) не представляет сейчас большой сложности благодаря таким развитым методам, как микролитография, получение трёхмерных структур все ещё является предметом научного поиска.

В результате предпринятого в Техасском сельскохозяйственном университете (США) исследования был создан метод, позволяющий проводить травление сложных поверхностных мотивов, используя ферменты и биоразлагаемые полимеры. Начав с травления структурированных микроканалов, учёные получили целую конструкцию, подходящую для изоляции и концентрирования злокачественных клеток из кровотока.

В качестве рабочей лошадки исследователи использовали фермент протеиназу К (РК), способный разрушать, помимо белков, биопластики на основе полимолочной кислоты. В начале учёные наложили нехитрую маску на небольшой образец такого полимера, оставив лишь узкую открытую «дорожку». После чего полимер был подвергнут воздействию раствора, содержащего РК. Легко догадаться, что на месте неприкрытой маской «дорожки» образовался протравленный канал.

Схематичное изображение создания двухканальной системы ферментативным травлением с использованием растворов фермента РК и белка BSA (иллюстрация Wiley-VCH).

Внутри микроканалов (благодаря капиллярным явлениям) жидкости могут двигаться рядом без значительного смешивания. Этот феномен авторы применили для создания структурированных каналов. Для этого они направили раствор РК слева и справа по каналу, в то время как по центру был пущен раствор белка с целью ингибирования травления полимера в этом регионе. В результате произошло образование двух отдельных каналов, разделённых своеобразной «дамбой»-стенкой из спасённого белком полимера. На следующем этапе раствор протеина был направлен по одному из протравленных каналов, а также поверх «дамбы», при этом второй канал подвергся дальнейшему травлению раствором протеиназы К. Таким образом удалось сохранить один канал достаточно мелким, в то время как второй стал намного глубже. Наконец, все три участка (два канала и верх «дамбы») были подвергнуты ещё одному травлению, что позволило сделать верх «дамбы»-стенки, разделяющей два канала, ниже «берегов» двухканальной системы.

Для получения устройства, способного разделять клетки, исследователи изогнули двухканальную систему, создав резкий поворот, и накрыли всё это крышкой. (Представить это сложно... Крышка опирается на оба берега двухканальной системы, изогнутой в виде автотрека, а проходящая по центру между каналами разделительная «дамба»-стенка, как мы помним, несколько ниже обоих берегов и потому не касается крышки. При этом после создания кривизны мелкий канал стал внутренним, а глубокий — внешним.) Кровь была смешана с клетками опухоли и пущена по внутреннему мелкому каналу, в то время как буферный раствор двигался по более глубокому внешнему треку. На повороте центробежные силы бросили кровяные клетки в направлении внешнего трека с буферным раствором через «дамбу» (напомним: каналы разделяет не достающая до крышки стенка). Однако незначительное пространство между верхом «дамбы» и крышкой позволило проскочить лишь небольшим клеткам крови, а крупные злокачественные клетки сконцентрировались во внутреннем канале. Разная глубина внутреннего и внешнего каналов позволила добиться наилучшего разделения.

И вот итог: используя описанную выше тестовую процедуру, становится возможным намного быстрее и проще (по сравнению с традиционными методами — к примеру, фильтрацией сквозь мембраны) детектировать присутствие даже таких «редких» объектов, как свободно циркулирующие раковые клетки.

Подробнее о новом нелитографическом процессе травления и первых практических результатах его использования можно узнать из статьи, опубликованной в журнале Angewandte Chemie.

Подготовлено по материалам Angewandte Chemie.