Усиленное обнаружение перекиси водорода с помощью поверхностно-модифицированных твердотельных нанопор

Аннотация

Существует множество методов детектирования молекул. Но детектирование через твердотельные нанопоры в растворе — одна из перспективных, высокопроизводительных и недорогих технологий. В настоящем исследовании изготовлена платформа твердотельных нанопор для обнаружения перекиси водорода (H₂O₂), которая не только является беспроточным продуктом, но и значительным участником оксилительно-восстановительных реакций. Успешно изготовлены нитрид кремния (Si₃N₄) нанопоры диаметром ~50 нм с помощью фокусированного ионного пучка Ga, внутренняя поверхность нанопоры модифицирована перекисью гидролазы (HRP) посредством карбодимидной связующей химии. Иммобилизованные ферменты HRP способны индуцировать оксилительно-восстановительные реакции в единственном нанопорном канале. Более того, в реальном времени отслеживались и изучались события транслокации одиночных агрегированных молекул ABTS•⁺. Проектируемый твердотельный нанопорный биосенсор обратим и может многократно применяться для детектирования H₂O₂.

Введение

Нанопорная детектирующая технология восходит к Култеровскому счетчику и ионным каналам клеток. Нанопор детектирует заряженные молекулы в растворе, проходящие через него. Появление молекул в нанопоре меняет проводимость поры, что вызывает изменение тока. Изменение тока дает информацию о размерах и концентрации молекул внутри поры, раскрывая динамику их транслокации. Нанопорами можно детектировать нанообъекты: нанчастицы, вирусы, белковые молекулы, ДНК последовательности. Нанопоры бывают биологическими и твердотельными. Биологические нанопоры имеют более низкое отношение сигнал/шум, но более высокое разрешение. Малые и нераскрытые белки детектируются биологическими нанопорами. Твердотельные нанопоры имеют регулируемый размер и высокую стабильность. Обычно они сверлят в пленке, разделяющей флюидическую ячейку на две части. Смещенное напряжение через тонкую мембрану с нанопорой вызывает ионный ток от одной ячейки к другой. Белковые молекулы, включая свернутые и развернутые структуры, детектируются и анализируются твердотельными нанопорами. Взаимодействие белков также можно детектировать. Более того, возможно детектирование белковой кинетики. Для преодоления ограничений диапазона детектирования широко применяли химически модифицированные твердотельные нанопоры, для детектирования однолистной ДНК и белков.

Много количественных методов уже применяли для детектирования H₂O₂, большинство основанных на спектрометрии, хемолюминесценции, амперометрии и электрохимии. Конвенциональные спектрометрические и хемолюминесцентные методы обычно трудоемки и дороги. Твердотельный нанопорный сенсор имеет низкое потребление и простую структуру, и может детектировать малые молекулы.

Здесь представлен тип твердотельной нанопоры, модифицированной перекисью гидролазы (HRP). HRP иммобилизованы на внутренней поверхности твердотельной нанопоры, иммобилизованные HRP остаются активными в оксилительно-восстановительной реакции, происходящей внутри единственного нанопорного канала в присутствии H₂O₂. ABTS•⁺, образующийся в оксилительно-восстановительной реакции, агрегируется, затем агрегированные ABTS•⁺ проходят через нанопору. События транслокации могут быть детектированы. Для детектирования перекиси водорода структура твердотельной нанопоры проста, и она может детектировать агрегированные ABTS•⁺ с низким потреблением реактивов. Эта модификация твердотельной нанопоры ферментами HRP позволяет осуществлять сенсирование H₂O₂ косвенно, через детектирование агрегированных ABTS•⁺. Это имеет инструктивное значение для одномолекулярного детектирования и молекулярной сборки внутри твердотельных нанопор.

Методы

Химикаты и материалы

Молекула перекиси гидролазы (HRP) (1 мг/мл, EC 1.11.1.7, 44 кДа) приобретена у Xiya Reagent (Чэнду, Китай). Образец (HRP) растворяли в 0.02 мкм отфильтрованном 0.1 М PBS, хранили при 4 °C, использовали в течение двух дней после приготовления. Хлорид калия (KCl), N-(3-диметиламинпропил)-N'-этилкарбодиимид (EDC), N-гидрокси숙цинимид (NHS) и 2,2'-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислоты) (ABTS, 98%) приобретены у DiBo chemical technology co., LTD (Шанхай, Китай). Перекись водорода (H₂O₂, 30%) куплена у Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. (3-Аминпропил)триэтоксисилан (3-APTES) куплен у Sigma-Aldrich (Сент-Луис, МО, США). Эксперименты проводили с ультрачистой водой из системы Milli-Q (сопротивляемость 18.2 МОм/см, 25 °C), фильтрованной через 0.02 мкм в системе FEI Strata 201 FIB (FEI Co., Хиллсборо, OR, США), Zetasizer (Malvern Zetasizer Nano ZS) и Axopatch 700B (Molecular Devices, Inc., Саннивейл, CA, США). Фотографии используемых приборов добавлены в дополнительный материал.

Фабрикация твердотельной нанопоры и электрические измерения

Сначала тонкая мембрана Si₃N₄ (толщина 100 нм) осаждали на Si подложке толщиной 300 мкм. Затем фотолитография (размер открытого окна 500×500 мкм²). После этого поверхность мембраны бомбардировали ионами Ga⁺ на системе FEI Strata 201 FIB при ускоряющем напряжении 30 кВ, ток 1 пА. Время фрезерования 1.5 с в режиме спот. Наконец, чипы с твердотельными нанопорами получали и очищали в свежем пираньевом растворе при 80 °C 30 мин, затем промывали ультрачистой водой. После очистки чип монтировали в кастомную тефлоновую ячейку с двумя Viton O-кольцами для разделения двух сторон чипа, формируя два резервуара, обеспечивающие единственный путь для ионного тока через нанопору. Электроды (Ag/AgCl) подключали к флюидической ячейке и усилителю пач-клампа (Axopatch 700B), делая ионный ток измеримым при постоянных напряжениях, с частотой дискретизации 100 кГц. Внутренний низкочастотный восьмиполюсный Бесселев фильтр усилителя установлен на 10 кГц. Весь прибор помещен в двойную клетку Фарадея.

Результаты и обсуждение

Иммобилизация нанопоры с HRP

Выбранная нанопора диаметром ~50 нм погружали в пираньевой раствор при 80 °C 30 мин. После обработки пираньевым раствором внутренняя поверхность нанопоры становилась способной принимать силицельные гидроксильные группы. Затем вся тонкая пленка активировали (3-аминпропил)триэтоксисиланом (3-APTES). В результате обработки 3-APTES на поверхности пленки генерировались амино-группы (-NH₂).

После активации 3-APTES чип нанопоры вводили в 0.1 М PBS раствор EDC (10 мМ) и NHS (20 мМ). Затем чип нанопоры вводили к перекиси гидролазы (HRP) (10 нг/мл). Согласно предыдущим результатам нашей группы, при разных концентрациях соли от 0.1 до 2 М KCl, pH 7.0, HRP не агрегировался. Учитывая pI значение перекиси гидролазы 4.3 ± 0.2, также доказали, что HRP не агрегируется в 0.1 М KCl pH 6.0 и 7.0. Реагент EDC активировал карбоксильные (-COOH) группы HRP в высокореактивный о-ацилизоуреевый промежуточный продукт. Далее, в присутствии NHS промежуточный продукт конвертировался в более стабильный сукцинимидный амин-реактивный эфир. В результате ковалентное сцепление промежуточного продукта с (-NH₂), сгенерированными на внутренних поверхностях нанопоры, образует стабильные амидные связи (рис. 1).

Эти процессы ведут к иммобилизации HRP на внутренней поверхности единственной нанопоры. Реализация функционализации подтверждена измерением вольт-амперных характеристик (I-V) единственной нанопоры до и после модификации (рис. 2).

Характеристика HRP-модифицированной твердотельной нанопоры

Форма единственного Si₃N₄ нанопорного канала цилиндрическая. Рис. 2 показывает типичные I-V кривые не модифицированной (оригинальной) и модифицированной нанопоры в 0.1 М KCl, буферизованном pH 7.0 с 0.1 М PBS. После модификации внутренней поверхности нанопоры ферментами HRP размер поры стал меньше.

Согласно Wanunu et al., учитывая проводимость вне нанопоры, диаметр твердотельной нанопоры можно рассчитать уравнением:

d = (1 + √(1 + 16σl/(πG))) G / 2σ (1)

где d и l — диаметр и длина поры, G — проводимость открытой поры, σ — проводимость ионного раствора.

Учитывая геометрические эффекты, после модификации нанопоры HRP ферментами, эффективный размер можно рассчитать. По уравнению (1) из I-V кривой не модифицированной нанопоры получают G_unmodified ~15 нС. Проводимость σ 0.1 М KCl (25 °C), буферизованный pH 7.0 с 0.1 М PBS ~1.28 С/м. Следовательно, диаметр не модифицированной нанопоры ~51 нм, похоже на измеренный. Тем же методом получают G_modified ~7.5 нС, диаметр модифицированной нанопоры ~34 нм. Уменьшение диаметра возможно по двум причинам: обработка внутренней поверхности 3-APTES, позволяющая поверхности принимать амино-группы, и гидродинамический диаметр HRP фермента ~8 нм, иммобилизованные HRP могут уменьшить диаметр поры. Здесь HRP-модифицированная нанопора с диаметром ~34 нм используется как канал детектирования перекиси водорода.

Принцип оксилительно-восстановительной реакции

Оксилительно-восстановительная реакция проводилась внутри единственной модифицированной нанопоры, представленный процесс реакции хорошо согласуется с предложенной оксилительно-восстановительной реакцией. В присутствии H₂O₂ (0.5 мМ), HRP ферменты, иммобилизованные на внутренней поверхности нанопоры, мгновенно конвертируются в соединение 1. Затем соединение 1 принимает один электрон от восстанавливающего субстрата ABTS (1.5 мМ) для генерации соединения 2. Следующее, соединение 2 восстанавливается обратно к исходному ферменту через передачу одного электрона от другой молекулы субстрата ABTS.

Катионные продукты (ABTS•⁺) оксилительно-восстановительных реакций накапливаются в единственной нанопоре. Транслокация накопленных молекул из нанопорного канала меняет проводимость (G), и таким образом обнаруживается изменение тока (ΔI_b).

HRP(Fe³⁺)Porp + H₂O₂ → HRP(Fe⁴⁺=O)Porp•⁺ (Compound 1) + H₂O

HRP(Fe⁴⁺=O)Porp•⁺ + ABTS → HRP(Fe⁴⁺=O)Porp (Compound 2) + ABTS•⁺

HRP(Fe⁴⁺=O)Porp + ABTS → HRP(Fe³⁺)Porp + ABTS•⁺ + H₂O

Детекция событий транслокации

Эксперименты проводили с HRP-модифицированными нанопорами с модифицированным диаметром поры (~34 нм) в 0.1 М KCl, буферизованном pH 7.0 с 0.1 М PBS. ABTS (1.5 мМ) и H₂O₂ (0.5 мМ) добавляли в транс-компартмент нанопоры. После добавления ABTS и H₂O₂ эксперименты при смещенных напряжениях от -100 до -800 мВ проводили, с дискретизацией 100 кГц. Событий транслокации не было до повышения напряжения до -400 мВ. Рис. 3 показывает представительные ионные токи транслокации при разных напряжениях от -400 до -800 мВ в 0.1 М KCl, 0.1 М PBS, pH 7.0. Данные длительных событий транслокации при разных напряжениях в дополнительном материале.

Наблюдались миллисекундные события блокады тока в 0.1 М KCl, 0.1 М PBS, pH 7.0. Добавлением реагентов H₂O₂ и ABTS в транс-компартмент, HRP ферменты, иммобилизованные на внутренней поверхности единственного нанопорного канала, оксилительно-восстановительная реакция происходила. Образуется множество молекул ABTS•⁺, одиночная более мелкая молекула ABTS•⁺ может не быть детектирована нашей твердотельной нанопорой из-за разрешения системы. Однако эти молекулы агрегируются после образования. Поэтому возможно детектирование агрегированных ABTS•⁺. Здесь удерживали отрицательные напряжения, и агрегированные ABTS•⁺ проходили через нанопоры. При отрицательном напряжении возникали электрофоретский и электроосмотический потоки. HRP был негативно заряжен в 0.1 М KCl, 0.1 М PBS, pH 7.0, в результате формировался двойной электрический слой, и электроосмоз направлялся к негативному электроду. По этой причине электрофорез и электроосмоз были в одном направлении. Агрегированные ABTS•⁺ в единственном нанопорном канале транспортировались через твердотельную нанопору, текут в сторону негативного электрода.

Статистический анализ событий транслокации

Так как смещенное напряжение играло ключевую роль в транслокации агрегированных ABTS•⁺, обсуждали влияние блокад тока агрегированных ABTS•⁺, проходящих через HRP-модифицированную нанопору, в зависимости от приложенных напряжений. Частота возникновения событий транслокации сильно возрастала с увеличением напряжения (рис. 3f). По мере увеличения напряжения возрастала амплитуда тока. Однако события транслокации постепенно исчезали, когда смещенное напряжение держали ниже -300 мВ, что указывало на то, что агрегированные ABTS•⁺ через HRP-модифицированные нанопоры нуждаются в пороговом напряжении -300 мВ. Рис. 4 показывает гистограммы средней амплитуды тока событий транслокации для агрегированных ABTS•⁺ при разных напряжениях. По кривым аппроксимации пиковые значения блокады тока (ΔI_b) составляют 308.4 ± 27.795 пА, 419.1 ± 20.354 пА, 478.8 ± 32.857 пА, 528.1 ± 36.98 пА, 606.9 ± 40.916 пА при -400, -500, -600, -700, -800 мВ соответственно. Значения амплитуды тока аппроксимировали полиномом первого порядка, дающим наклон -0.706 и пересечение 49.262. Значения времени пребывания (dwell time) составляют 54.5 ± 21.374 мс, 42.8 ± 20.181 мс, 10.3 ± 3.05 мс, 6.0 ± 1.744 мс, 4.0 ± 1.441 мс при -400, -500, -600, -700, -800 мВ. Рис. 3h показывает экспоненциально затухающую функцию (t_d ~ e^{-v/v0}) для аппроксимации зависимости времени пребывания от приложенного напряжения. Гистограммы времени пребывания в дополнительном материале.

Двумерные диаграммы рассеяния блокады тока против времени пребывания для каждого агрегированного ABTS•⁺ при разных напряжениях (рис. 5). Все агрегированные ABTS•⁺ показывают кластер событий от -400 до -800 мВ, основные кластеры событий обусловлены прохождением агрегированных ABTS•⁺ через HRP-модифицированную твердотельную нанопору.

Кроме того, анализировали одиночное событие транслокации при каждом напряжении, и блокада тока индуцировалась веществом одного размера и заряда. Поэтому считается, что каждое событие транслокации индуцировано одиночным агрегированным ABTS•⁺. Для анализа времени транслокации агрегированных ABTS•⁺ в наших экспериментах. Длительность блокады тока t_d рассматривается как время пребывания одиночного агрегированного ABTS•⁺ от места его образования до выхода из нанопоры. Рассматривали другое условие: возможно, некоторые HRP ферменты иммобилизованы на входе нанопоры и могут катализировать оксилительно-восстановительную реакцию. Для верификации проводили эксперименты с не модифицированными HRP нанопорами. Эти нанопоры активировали 3-APTES. И те же концентрации HRP (10 нг/мл), ABTS (1.5 мМ) и H₂O₂ (0.5 мМ) добавляли в транс-компартмент нанопоры, приложали отрицательное смещенное напряжение в 0.1 М KCl, 0.1 М PBS, pH 7.0. Из-за электрофоретской силы HRP не могли пройти через нанопору. Из-за оксилительно-восстановительной реакции агрегированные ABTS•⁺ образуются, но событий транслокации не находилось. Возможно, агрегированные ABTS•⁺ вызывают электростатический эффект с HRP и предотвращают прохождение агрегированных ABTS•⁺ через нанопору.

Рис. 6 показывает двумерные диаграммы рассеяния изменения проводимости (ΔG) против времени пребывания для каждого агрегированного ABTS•⁺ при разных напряжениях. Обнаруживается, что изменение проводимости (ΔG) в основном сосредоточено около 0.8 нС. Форма событий транслокации почти одинакова. Среднее значение ΔG ~0.8 нС при разных напряжениях. Можно предположить, что объемное исключение каждой агрегированной молекулы ABTS•⁺ почти одинаково. Возможно, электростатические и стерические эффекты агрегированных ABTS•⁺ могут менять ионный ток. После анализа выявлены две типичные формы токовых трасс с положительно заряженными агрегированными ABTS•⁺ (рис. 7). События транслокации при -700 мВ как представительный. Процент двух типов событий анализировали, и можно наблюдать, что процент событий типа 1 увеличивается с увеличением напряжения, с другой стороны, процент событий типа 2 уменьшался. Считалось, что более высокое напряжение делает транслокацию быстрее, чем более низкое.

Сигналы блокады тока раскрывали размер, конформацию и взаимодействие агрегированных ABTS•⁺, проходящих через единственный нанопорный канал. Для изменения формы тока спекулировали о процессе изменений. Для события 1 токовые сигналы имеют типичную флуктуирующую часть с глубокой интенсивностью и коротким временем пребывания. Возможно, агрегированные ABTS•⁺ прошли через нанопору от места, где они произведены. Когда агрегированные ABTS•⁺ проходят через нанопору, ионный ток нанопоры восстанавливается до исходного уровня (Базовая линия) (I₀). Для события 2 токовые сигналы имеют флуктуирующую часть с глубокой интенсивностью, а затем горизонтальную стадию. Эта форма сигналов может быть attribuирована электростатическому взаимодействию агрегированных ABTS•⁺ с HRP на выходе нанопоры, и ток медленно восстанавливался до базовой линии. Для лучшего понимания изменения тока нужно начать с изменения открытой поры проводимости (G_pore) при концентрации соли (0.1 М KCl). Как обсуждалось в предыдущих исследованиях, уравнение открытой поры проводимости негативно заряженной нанопоры с диаметром d и длиной l при низкой концентрации соли можно описать как:

G_pore = (π d²_pore / 4 l_pore) [ (μ_K+ + μ_Cl-) n_KCl·e + μ_K 4σ_p / d_pore ] (2)

где μ_K+ и μ_Cl- — электрофоретские подвижности K+ и Cl-, n_KCl — числовая плотность K+ и Cl-, e — элементарный заряд, σ_p — поверхностная плотность заряда нанопоры. В этом эксперименте твердотельная нанопора была химически модифицирована, и диаметр нанопоры изменился. Поверхностная плотность заряда нанопоры (σ_p) не может быть получена точно. Поэтому открытая пористая проводимость (G_pore) рассчитывалась на основе уравнения (1). По уравнению (1) открытая пористая проводимость (G_pore) ~7.5 нС. Спекулируется, что изменение проводимости может быть атрибутировано двум причинам. Первая: объемное исключение ионов в нанопоре занимается агрегированными ABTS•⁺ молекулами. В результате проводимость твердотельной нанопоры уменьшается (ΔG⁻). Вторая: некоторые ионы выносились из нанопоры агрегированными ABTS•⁺ молекулами, что увеличивало проводимость. В этих экспериментах ABTS•⁺ производились внутри нанопоры, и никакие ионы не привозились. Поэтому изменение проводимости твердотельной нанопоры (ΔG) индуцировано только объемным исключением. Так что общее изменение проводимости можно описать как ΔG = ΔG⁻.

Уменьшение проводимости твердотельной нанопоры индуцируется объемным исключением и можно рассчитать уравнением:

ΔG⁻ = σ γ Λ / (l + 0.8 d)² (4)

где γ — фактор формы частицы, отношение площадей поверхностей сферы и частицы того же объема. В этой работе агрегированная ABTS•⁺ молекула упрощена к глобулярному объекту, поэтому γ = 1 и Λ — объемное исключение. Проводимость объемного раствора σ = 1.28 С/м, 0.1 М KCl (25 °C).

Для объемного исключения (Λ) можно вывести из событий транслокации других молекул. Для связи изменения проводимости (ΔG) с физическими свойствами молекул, закон Ома можно применить к изменению объема электролитического раствора на основе твердотельной нанопоры. Когда происходит событие транслокации молекулы в цилиндрической твердотельной нанопоре, ток мгновенно уменьшается. Когда сопротивление твердотельной нанопоры является полным сопротивлением цепи, изменение проводимости (ΔG) можно описать уравнением:

ΔG(t) = -G_pore Λ(t) / (H_eff A_p) [1 + f(d_m/D_p, l_m/H_eff)] (5)

В этом уравнении A_p H_eff = V_p — объем твердотельной нанопоры, f(d_m/D_p, l_m/H_eff) — корректирующий фактор (игнорирует эффект поверхностного заряда), в наших экспериментах агрегированную ABTS•⁺ молекулу упростили к глобулярному объекту; поэтому корректирующий фактор = 1. Отношение d_m/D_p — диаметр молекулы к диаметру поры, l_m/H_eff — эффективная длина молекулы к эффективной длине нанопоры. Выражение (5) упрощается до:

ΔG / G_pore ≈ Λ / V_p (6)

Среднее значение проводимости (G_pore) проанализировано из событий транслокации. Из уравнения (5) получено среднее значение объемного исключения (Λ) при разных напряжениях (-400, -500, -600, -700, -800 мВ). Тем временем известен размер используемой нанопоры, объем нанопоры (V_p) ~90746 нм³. По уравнению (4) значение изменения проводимости (ΔG⁻) рассчитано как ~0.6 нС. Среднее значение изменения проводимости, полученное из экспериментов транслокации при разных напряжениях, составляет ~0.784 нС. Расчетное значение близко к экспериментальному.

В некоторых предыдущих исследованиях молекулы перекиси водорода детектировались разными технологиями. Но детектирование перекиси водорода наноканалом редко. Тан с соавт. различали разные события сигналов, когда HRP проникали в нанопору, в KCl растворе были ABTS и H₂O₂. Разные типы сигналов с транслокацией HRP рассматривались как прохождение ABTS•⁺ через нанопору. Проанализированы шесть типичных событий транслокации продуктов ферментативного катализа субстратов. Они спекулировали о вероятном процессе каждого типа. Однако недостаточно доказательств для подтверждения. Мубарак Али с соавт. осуществили детектирование продуктов оксилительно-восстановительной реакции внутри единственного конического наноканала. Они обнаружили, что катионный радикал ABTS•⁺ снижал ионный ток в HRP-наноканале в напряжение-зависимой манере, согласующейся с напряжение-зависимыми концентрациями ионов в конических наноканалах. Величина блокады тока коррелировала с концентрацией H₂O₂ в растворе.

Заключение

В заключение, мы успешно изготовили Si₃N₄ нанопору с помощью FIB, единственную нанопорную систему, поверхность которой модифицирована ковалентно связанными ферментами HRP. Эффект иммобилизованных ферментов HRP в единственной твердотельной нанопоре как сенсора перекиси водорода (H₂O₂) подтвержден исследованием продуктов (ABTS•⁺) оксилительно-восстановительных реакций в присутствии субстратов H₂O₂ и ABTS. Агрегированный катионный радикал ABTS•⁺, произведенный внутри твердотельной нанопоры и снижающий ионный ток в HRP-модифицированной твердотельной нанопоре, согласуется с напряжение-зависимостью. Тренды блокады тока показывают линейную зависимость для приложенных смещенных напряжений. Отношение между временем пребывания и приложенным смещенным напряжением — экспоненциально затухающее (t_d ~ e^{-v/v0}). В то же время агрегированные ABTS•⁺, проходящие через HRP-модифицированные нанопоры, нуждаются в пороговом напряжении -300 мВ. Изменение проводимости (ΔG) рассчитано аналитически и сравнено с измеренными экспериментальными значениями. События транслокации произведены определенного размера агрегированными катионными радикалами ABTS•⁺. Ожидаем, что использование твердотельных нанопор позволит снизить предел детектирования и улучшить чувствительность системы. Для нашей твердотельной нанопорной системы структура проста; она не подвержена загрязнению и может использоваться многократно.

Аббревиатуры

3-APTES:

(3-Аминпропил)триэтоксисилан

ABTS:

2,2'-азино-бис(3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислоты)

EDC:

N-(3-диметиламинпропил)-N'-этилкарбодиимид

FIB:

Фокусированный ионный пучок (Focused ion beam)

HRP:

Перекись гидролаза (Horseradish peroxidase)

KCl:

Хлорид калия (Potassium chloride)

NHS:

N-гидрокси숙цинимид (N-hydroxysuccinimide)

SEM:

Растровое электронное микроскопирование (Scanning electron microscopy)

SNR:

Отношение сигнал/шум (Signal to noise ratio)