Исследователи из США разработали наноразмерную электронную пробу, которая может проникать в клетки, не повреждая их. Новая проба может стать заменой существующих технологий, предназначенных для измерения электрических и химических изменений внутри, вне и на поверхности самой клеточной мембраны.
Измерение электрической или химической активности, как, например, открытие или закрытие ионных каналов клеточных мембран с семидесятых годов ХХ века проводится путем «зажима заплатки» («patch clamp»). Эта методика заключается в том, что участок мембраны фиксируется в носике стеклянной пипетки, в которой расположен электрод. Чарльз Либер (Charles Lieber) из Гарварда, возглавлявший исследования, отмечает, что существующая методика достаточно производительна и точна, однако диаметр входного отверстия пипетки не может превышать 100 нанометров, что приводит к повреждению клеток при измерении и ограничивает разрешение существующего метода.

Либер отмечает, что исследователям из его группы показалось необычным, что существующие в настоящее время достижения цифровой электроники так и не были использованы для разработки новых систем для измерения электрических свойств биологических объектов, объясняя, что, возможно, это может быть связано с том, что электронные компоненты обычно имеют линейное строение и ограничены соответствующей поверхностью – размещение двух относительно больших контактов с любой стороны клетки не позволяет разместить линейную систему в клетке, не повредив при этом биологический объект.
Для проведения неинвазивных измерений клеточных свойств группе Либера разработаны V-образные кремниевые нанопровода, на конце которых размещен наноразмерный полевой транзистор [field effect transistor (FET)]. У полевого транзистора в результате внешнего воздействия, как, например, варьирования электрического поля клетки или градиента концентраций химических веществ, изменяется электропроводность, что позволяет использовать новые системы в качестве сенсоров. Пробы размещены на гибкой полимерной подложке, которая закручена таким образом, что пробы достаточно легко могут приблизиться к клеткам. Нанесение на щуп сенсора двойного липидного слоя позволяет сенсору беспрепятственно проникать через мембрану клетки.
Датчики, предназначенные для изучения клеток, созданы из растущих кремниевых нанопроводов; использование этих датчиков происходит в соответствии с методом, ранее разработанным в группе Либера, и позволяющим осуществлять рост нанопроводов таким образом, чтобы на нем образовывались петли с углом изгиба 120°. Исследователи также могут изменять электронные свойства нанодатчика, изменяя состав материалов, из которых он состоит. Так, те участки датчика, которые должны обладать высокой электропроводностью, в большей степени легированы фосфором, но при этом сам щуп пробы, на котором должен находиться полупроводящий нанотранзистор, содержит меньшую концентрацию легирующего агента.
На настоящий момент в группе Либера продемонстрировано, что новые сенсорные системы могут измерять изменения электрического потенциала и изменения рН внутри и снаружи клеточной мембраны, а также на самой мембране, однако существует принципиальная возможность использовать сенсорную систему нового типа для слежения за концентрациями других участников биохимических процессов.