Cтатьи, принятые к публикации
К 55-летию Института спектроскопии РАН

Оптические методы детектирования единичных биомолекул: визуализация, сенсорика, секвенирование молекул ДНК

П.Н. Мелентьев^а, А.С. Калмыков^а, А.С. Гритченко^а, М.П. Шеметева^а, А.М. Сафонова^а, М.С. Марков^а, В.И. Балыкин^а, А.С. Букатин^б, Н.В. Ваулин^б, Д.А. Белов^б, А.А. Евстрапов^б, Д.А. Баклыков^в, А.В. Андрияш^в, А.А. Барбашева^г, А.К. Кугук^г, В.В. Рыжков^г, И.А. Родионов^г, Д.С. Кудрявцев^д, В.А. Можаева^д, Л.В. Сон^д, В.И. Цетлин^д, Б.Н. Хлебцов^е, М.С. Кобзев^ж, Ю.О. Кузнецова^ж, Б.Т. Шарипов^ж, А.С. Яшкин^ж, Я.И. Алексеев^ж, б
^аИнститут спектроскопии РАН, ул. Физическая 5, Троицк, Москва, 108840, Российская Федерация
^бИнститут аналитического приборостроения РАН, Санкт-Петербург, Российская Федерация
^вВсероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова, Сущевская ул. 22, Москва, 119017, Российская Федерация
^гМосковский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул. 5/1, Москва, 105005, Российская Федерация
^дИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук, улица Миклухо-Маклая, дом 16/10, Москва, 117997, Российская Федерация
^еИнститут биохимии и физиологии растений и микроорганизмов Саратовского научного центра Российской академии наук, просп. Энтузиастов 13, Саратов, 410049, Российская Федерация
^жООО СИНТОЛ, ул. Тимирязевская 42, корпус Б, офис 316, Москва, 127434, Российская Федерация

В настоящей работе представлен краткий обзор достигнутого уровня оптических методов детектирования единичных молекул в биомедицинских приложениях. Показано, что регистрация флуоресценции единичных молекул красителей ковалентно связанных с антителами (биомолекулами) совместно с использованием современных методов нанофотоники может быть применена для решения различных задач в биологии и медицине: (1) визуализации биомолекул, токсинов, вирусных частиц, (2) определения ультранизких концентраций аналитов напрямую во взятой пробе, без использования методов повышения концентрации аналита, (3) оптического одномолекулярного секвенирования молекул ДНК. Приведено обсуждение существующих физических ограничений методов оптического детектирования и счёта единичных молекул, их влияние на решение существующих проблем биологии, медицины, генетики.

Ключевые слова: нанофотоника, наноплазмоника, сенсорика ультра-низких концентраций аналитов, детектирование единичных молекул, био-визуализация, волноводы нулевой моды, одномолекулярное секвенирование
DOI: 10.3367/UFNr.2024.07.039720
Цитата: Мелентьев П Н, Калмыков А С, Гритченко А С, Шеметева М П, Сафонова А М, Марков М С, Балыкин В И, Букатин А С, Ваулин Н В, Белов Д А, Евстрапов А А, Баклыков Д А, Андрияш А В, Барбашева А А, Кугук А К, Рыжков В В, Родионов И А, Кудрявцев Д С, Можаева В А, Сон Л В, Цетлин В И, Хлебцов Б Н, Кобзев М С, Кузнецова Ю О, Шарипов Б Т, Яшкин А С, Алексеев Я И "Оптические методы детектирования единичных биомолекул: визуализация, сенсорика, секвенирование молекул ДНК" УФН, принята к публикации

Поступила: 13 марта 2024, доработана: 16 июля 2024, одобрена в печать: 17 июля 2024

English citation: Melentiev P N, Kalmykov A S, Gritchenko A S, Shemeteva M P, Safonova A M, Markov M S, Balykin V I, Bukatin A S, Vaulin N V, Belov D A, Evstrapov A A, Baklykov D A, Andriyash A V, Barbasheva A A, Kuguk A K, Ryzhkov V V, Rodionov I A, Kudryavtsev D S, Mozhaeva V A, Son L V, Tsetlin V I, Khlebtsov B N, Kobzev M S, Kuznetsova Yu O, Sharipov B T, Yashkin A S, Alekseev Ya I “Optical methods for the detection of single biomolecules: visualization, detection and sequencing of DNA molecules” Phys. Usp., accepted; DOI: 10.3367/UFNe.2024.07.039720

Cтатьи, принятые к публикации

Оптические методы детектирования единичных биомолекул: визуализация, сенсорика, секвенирование молекул ДНК