Ковалентная привязка ДНК к квантовым наноалмазам без линкеров: новый шаг к биосенсорам

В статье, опубликованной в журнале Copak, представлена универсальная стратегия активации поверхности наноалмазов, позволяющая создавать квантовые зонды без использования линкеров. Об этом сообщает advanced.onlinelibrary.wiley.com.
Основная идея – прямое ковалентное присоединение ДНК к сп³‑решётке алмаза высокого давления и высокой температуры. Для этого сначала вводятся реакционноспособные азидные группы, а затем используется клик‑химия типа SPAAC с DBCO‑модифицированной ДНК.

Существует два пути азидирования поверхности. Первый – нуклеофильное замещение бромированного слоя ионами N₃⁻. Второй – радикальная декарбоксилативная азидизация окисленных наноалмазов, полученных в результате воздушного и три‑кислотного окисления. Оба метода дают стабильные азидные группы, что подтверждается спектрометрами FTIR, XPS и элементным анализом.

Реактивность азидов проверялась конъюгацией с флуоресцентным красителем и с олигонуклеотидами, меченными гадолинием. При SPAAC реакция проходит при мягких условиях, без меди и без сильного нагрева. Это исключает окислительные и гидролитические повреждения ДНК. Окончательная конъюгация достигает высоких выходов, а ориентация ДНК остаётся определённой, поскольку связь образуется непосредственно с карбоновым атомом алмаза.

Важным аспектом является влияние азидирования и образовавшихся триазолов на оптические и квантовые свойства NV‑центров. Исследования на отдельном частице и в ансамбле показали, что свойства NV‑центров сохраняются, а их чувствительность к магнитным флуктуациям остаётся высокой. Это критично для методов релаксационной спектроскопии (T₁‑чтения), где требуется стабильное зарядовое состояние NV.

Текущие подходы к привязке ДНК к наноалмазам часто используют биотин‑авидин или полимерные слои, что вводит дополнительные нанометры расстояния между NV‑центром и мишенью. Такие слои снижают чувствительность, поскольку магнитное взаимодействие убывает с квадратом расстояния. В отличие от них, предложенный метод обеспечивает атомарно короткую связь (≈0,2 нм), что максимально сохраняет чувствительность.

Кроме того, отсутствие линкеров упрощает синтез и повышает биосовместимость. Поверхность остаётся чистой, без остаточных групп, способных вызывать нежелательные взаимодействия. Это особенно важно для биологических приложений, где присутствуют парамагнитные ионы и свободные радикалы, способные влиять на сигнал NV‑центров.

Наконец, авторы отмечают, что текущая ограниченность NV‑релаксометрии – отсутствие селективности к различным источникам спин‑флюктуаций – может быть решена с помощью целенаправленной функционализации. Специфические ДНК‑массивы, привязанные напрямую к поверхности, способны распознавать определённые последовательности, изменяя локальную спиновую плотность и тем самым модулируя T₁‑сигнал. Это открывает путь к разработке высокочувствительных биосенсоров, способных различать ионы, радикалы и биомолекулы в живой среде.

Таким образом, ковалентная привязка ДНК к квантовым наноалмазам без линкеров представляет собой значительный шаг вперёд. Метод сочетает высокие выходы, сохранение квантовых свойств NV‑центров и минимальное расстояние между сенсором и мишенью. Перспективы применения охватывают медицину, биологию и материаловедение, где требуется точный и быстрый детектор на наноуровне.

Иран: удары по авиабазе Вахдати и складам ракет, зафиксированы тяжёлые разрушения (видео)

Опубликованы кадры атаки на авиабазу Вахдати и хранилища ракет в Иране. Объекты получили значительные повреждения.

Иран ударил по Димоне: 20 раненых, ПВО провалило перехват

Иранская баллистическая ракета пробила израильскую ПВО и взорвалась в Димоне. 20 пострадавших, среди них есть раненые у ядерного объекта в Негеве.

Хизбалла обстреляла Север: ранены в Маалот-Таршихе (видео)

Пять человек получили ранения при попадании ракеты в дом в Маалот-Таршихе. ЦАХАЛ отвечает ударами по Южному Ливану.

Иран нанес массированный удар ракетами и дронами по Израилю и арабским странам (видео)

Иранские СМИ сообщают о запуске новой волны ракет и дронов по целям в Израиле, Саудовской Аравии, ОАЭ, Катаре, Бахрейне и Омане.

Иран атаковал Саудовскую Аравию: более 80 дронов за сутки

Напряженность на Ближнем Востоке резко возросла после того, как Саудовская Аравия обвинила Иран в массированной атаке беспилотниками. По данным Минобороны королевства, за последние 24 часа по его территории было выпущено более 80 иранских дронов.

Больше из категории

Квантовая сеть вышла из лаборатории на улицы Манхэттена

Квантовая сеть больше не лабораторный проект. Cisco успешно продемонстрировала ее работу на улицах Манхэттена, используя существующие оптоволоконные линии. Это шаг к квантовому интернету.

Tesla строит гигантский завод по производству чипов

Tesla запускает гигантский завод по производству чипов Terafab. Проект обеспечит компонентами миллионы электромобилей и роботов, снижая зависимость от внешних поставщиков.

Palantir: ИИ решает исход боевых операций (видео)

На AIPCon 9 офицер Пентагона показал систему Maven, которая за секунды анализирует разведданные и планирует удары.

Квантовые вычисления: 94 защищенных кубита превзошли «голый» процессор

Исследователи Quantinuum добились прорыва в квантовых вычислениях, продемонстрировав работу 94 защищенных логических кубитов. Это открывает новые горизонты для отказоустойчивых квантовых систем.

Теперь можно писать Claude как другу: iPhone-шорткат превращает ИИ в личного ассистента

iPhone-шорткат превращает Claude в личного ассистента. Теперь можно общаться с ИИ через SMS, как с другом, без открытия отдельных приложений.

Израильский стартап привлек 58 миллионов долларов на AI-платформу для брендов

Израильский стартап BrandShield привлек 58 миллионов долларов. AI-платформа для защиты брендов от мошенничества и подделок усилит глобальное присутствие.

Tesla готовится к своему «моменту iPhone» с роботами Optimus

Tesla готовится к своему «моменту iPhone» с роботами Optimus. Компания может повторить успех Apple, перейдя от электромобилей к робототехнике.

Nokia и KDDI защитили дата-центр от квантовых компьютеров

Nokia и KDDI успешно протестировали квантовую защиту для дата-центров в Японии. Новая архитектура обеспечивает безопасность данных от квантовых угроз.