RU201358U1

RU201358U1 - NANOANTENNA

Info

Publication number: RU201358U1
Application number: RU2020121662U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Александрович Полетаев
Original assignee: Дмитрий Александрович Полетаев
Priority date: 2020-06-25
Filing date: 2020-06-25
Publication date: 2020-12-11

Abstract

Полезная модель относится к фотонике и служит для детектирования заданных участков ДНК.Наноантенна, включающая полоску из проводящего материала, дополнительно содержит праймер - короткий фрагмент комплементарной к детектируемому участку ДНК последовательности нуклеотидов, праймер располагается на поверхности полоски из проводящего материала так, чтобы присоединяемая к нему последовательность ДНК также находилась на поверхности полоски из проводящего материала.The utility model relates to photonics and serves to detect specified DNA regions. The nanoantenna, including a strip of conductive material, additionally contains a primer - a short fragment of a nucleotide sequence complementary to the detected DNA region, the primer is located on the surface of a strip of conductive material so that the sequence attached to it DNA was also on the surface of a conductive strip.

Description

Полезная модель относится к фотонике и служит для детектирования заданных участков ДНК.The utility model relates to photonics and is used to detect specified DNA regions.

В качестве прототипа выбрана наноантенна (пат. России на полезную модель №180401, от 13.06.2018, бюл. №17, МПК В82 В 1/001, G02B 27/00, включающая точечный оптический источник, дополнительно содержит точечный приемник излучения, основную полоску из проводящего материала, длиной

где λ_min - минимальная длина волны диапазона работы наноантенны, толщиной

где с - скорость света в вакууме; μ - абсолютная магнитная проницаемость проводящего материала; σ - проводимость проводящего материала, дополнительную полоску из проводящего материала, длиной

толщиной

причем точечный оптический источник и точечный приемник излучения подсоединены к верхней поверхности основной полоски из проводящего материала, основная полоска из проводящего материала подсоединена своей нижней поверхностью к верхней поверхностью дополнительной полоски из проводящего материала.A nanoantenna was selected as a prototype (Russian patent for utility model No. 180401, dated 06/13/2018, bulletin No. 17, IPC В82 В 1/001, G02B 27/00, including a point optical source, additionally contains a point radiation receiver, the main strip of conductive material, length

where λ _min is the minimum wavelength of the nanoantenna operating range, with a thickness

where c is the speed of light in vacuum; μ is the absolute magnetic permeability of the conducting material; σ - conductivity of a conductive material, an additional strip of conductive material, length

thick

moreover, a point optical source and a point radiation detector are connected to the upper surface of the main strip of conductive material, the main strip of conductive material is connected by its lower surface to the upper surface of the additional strip of conductive material.

Недостатком данного устройства является невозможность детектирования конкретных последовательностей ДНК.The disadvantage of this device is the inability to detect specific DNA sequences.

В основу полезной модели поставлена задача расширить функционал устройства путем добавления дополнительных конструктивных элементов.The utility model is based on the task to expand the functionality of the device by adding additional structural elements.

Задача решается тем, что наноантенна, включающая полоску из проводящего материала, дополнительно содержит праймер - короткий фрагмент комплементарной к детектируемому участку ДНК последовательности нуклеотидов, праймер располагается на поверхности полоски из проводящего материала так, чтобы присоединяемая к нему последовательность ДНК также находилась на поверхности полоски из проводящего материала.The problem is solved by the fact that the nanoantenna, including a strip of conductive material, additionally contains a primer - a short fragment of a nucleotide sequence complementary to the detected DNA region, the primer is located on the surface of a strip of conductive material so that the DNA sequence attached to it is also on the surface of a strip of conductive material.

Общими с прототипом признаками технического решения является полоска из проводящего материала.Common to the prototype features of the technical solution is a strip of conductive material.

Отличительными признаками технического решения является праймер.A distinctive feature of the technical solution is a primer.

Совокупность существенных признаков обеспечивает возможность детектирования конкретных последовательностей ДНК.The collection of essential features provides the ability to detect specific DNA sequences.

На фиг. 1 представлена схема наноантенны.FIG. 1 shows a diagram of a nanoantenna.

Наноантенна содержит (фиг. 1) полоска из проводящего материала 1, длиной по наибольшему измерению l≈λ/10, где λ - длина волны падающей электромагнитной волны, праймер 2, причем праймер 2 располагается на поверхности полоски из проводящего материала 1 так, чтобы присоединяемая к нему последовательность ДНК также находилась на поверхности полоски из проводящего материала 1.The nanoantenna contains (Fig. 1) a strip of conductive material 1, the length along the longest dimension l≈λ / 10, where λ is the wavelength of the incident electromagnetic wave, primer 2, and primer 2 is located on the surface of the strip of conductive material 1 so that the attached to it, the DNA sequence was also on the surface of a strip of conductive material 1.

Наноантенна работает следующим образом.The nanoantenna works as follows.

Геометрические размеры, тип материала, диэлектрические элементы, окружающие полоску из проводящего материала 1 - наноантенну, влияют на ее резонансную длину волны - длину волны поглощаемой падающей электромагнитной волны (по формулам емкости и индуктивности для полоски из проводящего материала в источниках [Калантаров П.Л. Расчет индуктивностей / П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. - С: энергоатомиздат, 1986. - 488 с., Иоссель Ю.А. Расчет электрической емкости / Ю.А. Иоссель, Э.С.Кочанов, М.Г. Струнский. - С: энергоатомиздат, 1981. - 290 с.]). В исходном состоянии праймер 2 не соединен с последовательностью ДНК, при этом небольшой праймер с соответствующим значением относительной диэлектрической проницаемости незначительно изменяет резонансную длину волны наноантенны, которая составляет порядка 10 длин (по наибольшему измерению) полоски из проводящего материала 1 (по формулам емкости и индуктивности для полоски из проводящего материала в источниках [Калантаров П.Л. Расчет индуктивностей / П.Л. Калантаров, Л.А. Цейтлин. - С.: энергоатомиздат, 1986. - 488 с., Иоссель Ю.А. Расчет электрической емкости / Ю.А. Иоссель, Э.С. Кочанов, М.Г. Струнский. - С.: энергоатомиздат, 1981. - 290 с.] и расчетах антенн [Schelkunoff S.A. Antennas: theory and practice / S.A. Schelkunoff, H.T. Friis. - New York: Wiley, 1952. - 639 p.]). При наличии около описываемой наноантенны денатурированных сторонними методами последовательностей ДНК, праймер 2 соединяется с конкретной, комплементарной ему, последовательностью ДНК, притягивая ее к поверхности наноантенны. При этом размер последовательности ДНК значительно больше размеров праймера, что приводит к заметному изменению резонансной длины волны наноантенны (вследствие изменения емкости полоски из проводящего материала 1 по формулам из указанных выше источников) - наноантенна поглощает уже другую длину волны. Так, поверхность, покрытая описываемыми наноантеннами, без внесения ДНК поглощает электромагнитную волну с одной длиной, а при внесении ДНК и ее комплементарном соответствии выбранным праймерам, длина поглощаемой волны меняется, что можно наблюдать непосредственно, даже без применения приборов, что упрощает диагностику и позволяет применять разрабатываемое устройство самостоятельно.Geometric dimensions, type of material, dielectric elements surrounding a strip of conductive material 1 - nanoantenna, affect its resonant wavelength - the wavelength of the absorbed incident electromagnetic wave (according to the capacitance and inductance formulas for a strip of conductive material in sources [Kalantarov PL. Calculation of inductances / P.L. Kalantarov, L.A. Zeitlin. - S: energoatomizdat, 1986. - 488 p., Iossel Yu.A. Calculation of electrical capacity / Yu.A. Iossel, E.S. Kochanov, M. G. Strunsky. - From: energoatomizdat, 1981. - 290 p.]). In the initial state, primer 2 is not connected to the DNA sequence, while a small primer with the corresponding value of the relative permittivity insignificantly changes the resonance wavelength of the nanoantenna, which is about 10 lengths (by the largest dimension) of a strip of conductive material 1 (according to the capacitance and inductance formulas for strips of conductive material in sources [Kalantarov PL Calculation of inductances / PL Kalantarov, LA Zeitlin. - S .: energoatomizdat, 1986. - 488 p., Iossel YA Calculation of electrical capacity / Yu. A. Iossel, E. S. Kochanov, M. G. Strunsky. - S .: energoatomizdat, 1981. - 290 p.] And calculations of antennas [Schelkunoff SA Antennas: theory and practice / SA Schelkunoff, HT Friis. - New York: Wiley, 1952. - 639 p.]). In the presence of DNA sequences denatured by third-party methods near the described nanoantenna, primer 2 binds to a specific complementary DNA sequence, attracting it to the nanoantenna surface. In this case, the size of the DNA sequence is much larger than the size of the primer, which leads to a noticeable change in the resonant wavelength of the nanoantenna (due to the change in the capacitance of the strip of conductive material 1 according to the formulas from the above sources) - the nanoantenna already absorbs a different wavelength. So, the surface covered with the described nanoantennas, without introducing DNA, absorbs an electromagnetic wave with one length, and when DNA is introduced and its complementary correspondence to the selected primers, the length of the absorbed wave changes, which can be observed directly, even without the use of instruments, which simplifies diagnostics and makes it possible to use the device being developed independently.

Пример исполнения. Для работы прибора в видимом диапазон длин электромагнитных волн. Длина полоски из проводящего материала, которым может выступать медь, может составлять 40 нм. В качестве праймера может быть использован праймер chicken dcx primer pair №m 204335.An example of execution. To operate the device in the visible range of electromagnetic wavelengths. The length of a strip of conductive material, which can be copper, can be 40 nm. Chicken dcx primer pair # m 204335 can be used as a primer.

Устройство производит детектирование конкретных последовательностей ДНК за счет введения дополнительных конструктивных элементов.The device detects specific DNA sequences by introducing additional structural elements.

Claims

The nanoantenna, including a strip of conductive material, additionally contains a primer, the primer is located on the surface of the strip of conductive material so that the attached DNA sequence denatured by third-party methods is also on the surface of the strip of conductive material.