Технологии изготовления современных биосенсорных устройств: молекулярный импринтинг.

 Микроэрреи как вид биосенсоров
Молекулярный импринтинг— метод получения «молекулярных отпечатков», основанный на полимеризации функциональных мономеров в присутствии специально введенных целевых молекул-темплатов.
Интенсивный научный и прикладной интерес к молекулярноимпринтированным полимерам возник в 1990-е годы, однако еще в 1940 г. Лай нусПолинг, обсуждая структуру и процесс образования антител, предложил концепцию импринтинга биомолекул. Синтетические молекулярно импринтированные полимеры(МИПы), или полимеры с молекулярными отпечатками, получаютсяв результате молекулярного импринтинга – кополимеризации функционального и сшивающего мономеров в присутствии молекул-шаблонов  или импринт-молекул.Этот процесс начинается с образованияпред полимеризационных комплексов между шаблоном и функциональным мономером, основанного на ковалентном или не ковалентном взаимодействии их функциональных групп. При полимеризациив присутствии сшивающего компонента комплексы мономеров с шаблонами фиксируются в определенных позициях жесткойполимерной структуры. Последующее удаление шаблона путем экстракции органическим растворителем или химического разрушения связей приводит к возникновению в полимере молекулярныхотпечатков – полостей, комплементарных шаблону по размеру, формеи расположению функциональных групп.К настоящему времени для синтеза молекулярно импринтированных полимеров наиболее широко используется метод полимеризациив массе. Стандартный протокол полученияМИПов этим способом включает несколько стадий.
1. Приготовление реакционной смеси. Шаблон добавляется к полимеризационной смеси, содержащей тот или иной функциональный мономер и сшивающий агент, а также инициатор полимеризациии необходимый для образования пор растворитель.
2. Реакция полимеризации. Полимеризация может инициироваться либо нагреванием реакционной смеси до 50–60 С, либо ультрафиолетовым облучением. Второй вариант предпочтительнее длянековалентного импринтинга, поскольку сила водородных и ионных взаимодействий мономера с молекулами шаблона с ростом Т снижается.
3. Получение полимерных частиц. Поскольку МИПы чаще всегоиспользуются в виде порошка частиц микронного размера, образовавшийся жесткий пористый полимерный монолит механическиразмалывают с получением неоднородных частиц. Гомогенизацияпо размеру осуществляется путем многократного просеивания черезсита с определенным диаметром пор и последующей седиментации.
4. Отмывка полимера. Заключительный этап получения МИПов–освобождение молекулярных отпечатков от шаблонов. Способ удаления шаблона зависит от природы его связи с мономером. При ковалентном импринтинге проводится химическое разрушение связей,при нековалентном – многократная экстракция смесью органическихрастворителей (последовательно: метанол, уксуснаякислота, метанол). Высушенные под вакуумом частицы хранятся длительное время без ущерба для функциональных свойств.

Технология мультиплексного анализа (технология биочипов или микроэрреев), эволюционировала из Саузерн-блоттинга, в котором фрагменты ДНК, связанные с поверхностью матрикса, выявляются с помощью комплементарных ДНК-зондов. Миниатюризированные ДНК-микроэрреи (ДНК-чипы) готовятся на основе олигонуклеотидов, кДНК или небольших фрагментов продуктов ПЦР, позволяющих контролировать накопление мРНК в биоматериале. Такие зонды синтезируют предварительно, а затем печатают с помощью роботизированных систем (наноплоттеров) на поверхности твердого матрикса, либо синтезируют короткие олигонуклеотидные последовательности из 25–60 оснований непосредственно на поверхности подложки. ДНК-чипы были впервые применены в конце 1990 годов для определения профиля экспрессии генов.В настоящее время ДНК-чипы широко используют для выявления генетических нарушений, связанных с одиночными нуклеотидными заменами.ДНК-чипы, однако, не способны мониторировать уровень синтезированных белков, играющих важную роль в функциональной активности клетки, так как во многих случаях отсутствует корреляция между уровнем мРНК и концентрацией соответствующих ей белков. Это, наряду с вышесказанным, послужило важным побудительным мотивом к созданию белковых (иммуно-) чипов.