Entries RSS
image
Окт 10

Биосенсор выявит инфекцию

Биосенсор выявит инфекцию

Биосенсор выявит инфекцию

Российские ученые разработали оптический биосенсор, который позволит диагностировать инфекционные заболевания за секунды. Устройство способно выявлять бактерии и вирусы при помощи инфракрасного света и может найти широкое применение в крупных транспортных узлах, например, в аэропортах, где требуется постоянный мониторинг инфекционной обстановки в условиях больших людских потоков.

Сенсор представляет собой серебряную нанопленку с множеством микроотверстий, нанесенную на прозрачную подложку из природного минерала флюорита. На пленку помещают образец биоматериала, например, соскоб со слизистой оболочки носа. Затем поверхность с биоматериалом просвечивают в инфракрасном спектрометре. По спектру света, прошедшего сквозь образец, уже судят о наличии в нем бактерий или вирусов. В работе ученые использовали бактерию золотистого стафилококка для того, чтобы показать, что с помощью биосенсора можно быстро обнаруживать патогенные микроорганизмы.

Такой метод экспресс-анализа пригодится в узлах транспортного сообщения, где требуется непрерывный мониторинг состояния здоровья большого количества людей. Сейчас для этих целей устанавливают тепловизоры, которые следят за температурой пассажиров. Если прибор показывает, что температура человека повышена, значит, обнаружен потенциальный источник инфекции. В этом случае нужен уточняющий анализ, который подскажет, действительно ли пассажир болен и чем именно. Анализ биоматериала на бактерии и вирусы с помощью существующих методов, таких как полимеразная цепная реакция, займет несколько дней. В то время как новая методика российских ученых позволяет получать результаты сразу.

В разработке биосенсора участвовали ученые из Университета ИТМО, Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Физического института им. П.Н. Лебедева Российской академии наук и Московского физико-технического института. Исследование проводилось в тесном сотрудничестве с Инфекционной клинической больницей № 2 в Москве.

Еще одно преимущество биосенсора в его чувствительности. Рассказывает Сергей Кудряшов, ведущий научный сотрудник кафедры лазерных технологий и лазерной техники Университета ИТМО и лаборатории газовых лазеров ФИАН: «Оптические биосенсоры, сделанные по нашей технологии, могут обнаруживать даже очень малые количества бактерий. Так, ранняя высокочувствительная диагностика инфекционных заболеваний в детских садах, школах и университетах, особенно в периоды сезонных эпидемий, позволит свести лечение к профилактике. Врачам в инфекционных больницах данная методика поможет более оперативно ставить диагноз пациентам».

Высокая чувствительность обусловлена решетчатым строением серебряного слоя. Когда инфракрасные волны проходят через биосенсор, падающий свет перераспределяется на его поверхности. Микроотверстия превращаются в так называемые «горячие точки» – зоны с самой высокой интенсивностью света. Биоматериал заполняет отверстия, и бактерии целиком попадают в эти зоны. Бактерии активнее поглощают свет в «горячих точках», что увеличивает вероятность обнаружить патогены.

img

Инфракрасные спектры коэффициента пропускания сенсорного элемента и простой серебряной пленки (для сравнения) с нанесенной культурой золотистого стафилококка

Микроскопические отверстия в пленке ученым удалось вырезать с помощью специального лазера, излучающего миллионы импульсов в секунду. Благодаря ему специалистам удалось автоматизировать и заметно ускорить процесс создания серебряной решетки.

Методы оптического биосенсорного анализа не новы, однако до сих пор слабо внедрены. Это связано с тем, что технологии не позволяли делать реальные прототипы устройств, которые можно было бы тестировать в лабораторной и клинической практике. Поэтому исследователи столкнулись с еще одной масштабной задачей, которую необходимо решить до внедрения новой платформы в обиход – это создание справочных баз данных, с которыми можно было бы сравнить показания инфракрасного спектрометра.

Показания спектрометров всегда сравнивают с библиотекой сигналов, характерных для определенных групп молекул. Любой микроорганизм можно обнаружить по оптической активности его специфических компонентов. Например, золотистого стафилококка выдают каротиноиды – производные каротина, который окрашивает морковь в оранжевый цвет.

Ученые надеются, что в будущем их разработка найдет широкое применение благодаря дешевизне и быстроте изготовления сенсоров, а также использованию более распространенных материалов для подложек. Кроме того, откалибровав библиотеки спектров, можно будет определять не только тип бактерии или вируса, но и их количество.

Источник