Сотрудники MIT ( Массачусетский технологический институт, Массачусетский технологический институт ) предложили новый тип биосенсоров, отличающийся гибкостью и большой удельной поверхностью.
Биосенсор основан на микроволокнах; На них наносится проводящий полимер, и к полимеру присоединяются молекулы белка авидина.
В статья , опубликованный осенью прошлого года в журнале Передовые функциональные материалы (импакт-фактор 8,49), авторы утверждают, что такая «трехслойная» конструкция позволяет улавливать мельчайшие концентрации биотина в жидкости — и в 6 раз быстрее, чем если бы молекулы анализатора были прикреплены к плоской поверхности.
Авторы подчеркивают, что подобную структуру биосенсора можно использовать для определения других биомолекул, например, пищевых патогенов.
Для чего все это?
«Вкус из моей чашки» фильм «Иван Васильевич меняет профессию»Человеку в базовой комплектации принадлежат 5 типов чувств.
Этого вполне достаточно, чтобы выследить мамонта или услышать хруст ветки под лапой саблезубого тигра.
Сегодня горожанин видит тигра только в зоопарке, а если обнаружится мамонт, его подадут готовым к употреблению, уже с соусом.
Опасности уменьшились в размерах, но не в масштабах.
Сегодня люди боятся вирусов и бактерий, взрывчатых веществ и наркотиков, токсинов и тяжелых металлов.
Каждому хотелось бы знать, сколько элементов таблицы Менделеева содержится в его тарелке супа или что находится в карманах этого подозрительного бородатого мужчины.
«Химическое зрение» — это то, чего сегодня не хватает современному человеку в его постоянной борьбе за выживание.
Биосенсоры можно назвать просто органами условного «химического зрения».
В отличие от традиционных методов химического анализа, биосенсоры могут быть не очень точными (так же, как наш глаз не точен по сравнению с инструментальными измерениями) и неполными (так же, как мы не слышим звуковые волны во всех их диапазонах).
Но они должны быть быстрыми, удобными и дешевыми, потому что базовое оборудование у нас все то же, а все, что сверх этого, нужно покупать за свои деньги.
Как это работает?
«.Принцип работы биосенсоров довольно прост. Представим, что нам нужно обнаружить какое-то вещество в воде или воздухе, и мы знаем, что его не должно быть очень много.в 1907 году в Либавском военном порту появились странные матросы.
После пробуждения, молитвы и завтрака они покинули казарму, неся клетки с белыми мышами.
Только посвященные знали, что подводники направляются к своим загадочным кораблям.
А мыши нужны им для того, чтобы по поведению животных определять загрязненность воздуха в отсеках.
Ведь лодка ушла под воду с тем запасом кислорода, который содержался в отсеках.
Но только.
" «Из пучины вод: Летопись российского подводного флота в воспоминаниях подводников», 1990 г.
То есть это вещество разбросано по объёму в виде отдельных молекул, и каждая из них имеет одинаковую структуру и пространственную геометрию.
Чтобы запечатлеть такой крохотный объект, как молекула, понадобится не менее миниатюрный прибор – то есть, скорее всего, какая-то другая молекула.
Найдите такую молекулу - задача номер один .
Кроме того, если молекула-сенсор вступает в реакцию с молекулой-мишенью, система должна выдать сигнал, который можно легко обнаружить.
Создать систему, максимально чувствительную к малейшим концентрациям определяемого вещества - задача номер два.
Первая проблема, к счастью, уже решена природой.
Наше тело (как и тело любого другого млекопитающего) прекрасно распознает чужеродные молекулы — например, белки или сахара.
Все они в большом количестве в данном случае называются антигенами.
Их появление обычно означает начало бактериальной или вирусной инфекции.
Их распознают антитела — особые белковые молекулы класса иммуноглобулинов.
Еще в процессе развития эмбриона в организме человека создается около 10 тысяч вариантов антител, незначительно отличающихся друг от друга по строению вариабельной части, которые можно сравнить с кусочком пазла.
Иммуноглобулины непрерывно циркулируют в крови, ожидая молекулы антигена, которая бы соответствовала их переменной части, как один кусочек головоломки подходит к другому.
Затем это антитело подает сигнал иммунной системе и запускает сложный и длительный каскад иммунных реакций, в результате которого в организме появляется множество копий прореагировавшего антитела.
В более практическом применении это означает, что интересующее нас вещество можно ввести мышке или кролику, и через какое-то время в их крови появится множество антител – специфических молекул, которые всегда будут избирательно специфически связываться с молекулами это вещество.
Ну а можно не мучить животное, а делать все это в пробирке - например, путем технологии моноклональных антител .
Вторая проблема уже решается инженерами, и здесь существует множество возможных путей.
Один из очевидных способов — использовать для этих целей электричество.
Хеморезистивные биосенсоры реагируют на изменения сопротивления, которые происходят, когда молекула аналита прикрепляется к биосенсору.
Такие устройства имеют ряд важных преимуществ: быстро и избирательно реагируют, недороги, портативны и надежны.
В качестве проводников в таких датчиках удобно использовать электропроводящие полимеры.
Они обладают хорошими механическими свойствами (гибкие, но прочные), недороги и, кроме того, к ним можно химически присоединить молекулы-анализаторы.
На рис.
1 представлена принципиальная схема датчика этого типа.
Чувствительность такого материала можно повысить, если придать ему как можно большую площадь поверхности, и тогда на нем сможет поместиться больше молекул-анализаторов.
Один из возможных вариантов на этом пути — формирование наноструктур из электропроводящих полимеров — «лент», «стержней», «нитей».
Это современно, но достаточно технически сложно, а значит и дорого.
В описываемой статье предлагается более простой путь — с помощью технологии «электропрядения» (e-spun) изготовить волокна из непроводящего материала, а затем покрыть их электропроводящим полимером.
А затем «пришить» молекулы сенсора к полимеру через активные группы – примерно так, как показано на рисунке 2. Тогда, когда образуется связь «сенсор-мишень», сопротивление проводящего полимера изменится, и это можно зарегистрировать с помощью специально обученное устройство.
ПРИБЫЛЬ, как пишут при этом на некоторых сайтах 
В итоге устройство выглядит примерно так: 
К чему это может привести?
«Врёшь, натовская харя, солдат не может съесть два мешка брюквы!» Бородатый анекдот.Исследователи использовали молекулу белка авидина в качестве сенсора, а молекулы биотина — в качестве сигнала.
Биотин, между нами говоря, является витамином группы В и довольно распространен: он не только содержится практически во всех продуктах питания, но и наша кишечная микрофлора еще и питает организм этим соединением.
Поэтому определять количество биотина в пище весьма нецелесообразно.
Но модель биотин-авидин удобна тем, что эти вещества имеют очень высокое сродство друг к другу.
Белок авидин был обнаружен в курином яйце и назван в его честь: ово в переводе с латыни - яйцо.
Этот белок является одной из линий защиты содержимого яйца от бактерий.
Он очень избирательно связывает витамин биотин, оставляя бактерии на голодной диете.
В результате бактерии теряют способность расти и размножаться.
Поэтому авторы подчеркивают, что их система — лишь модель, на которой они разработали архитектуру биосенсоров такого типа.
Для практического использования авидин будет заменен другими сенсорными молекулами, очевидно, антителами, о которых мы уже упоминали.
Интересно, что работу поддержала армия США через Институт военных нанотехнологий ( Армия США, Институт солдатских нанотехнологий ).
Возможно, очень скоро с помощью таких или подобных структур строгие американские сержанты будут контролировать качество обедов военнослужащих.
Современные технологии находятся на марше, в самом прямом смысле этого слова.
Теги: #Биотехнология #биотехнология #биосенсоры
-
Яндекс.сайт
19 Oct, 24 -
3D В Описании Товара
19 Oct, 24 -
Я Хочу. У Меня Есть. Я Люблю.
19 Oct, 24 -
Digg 3.0 - Новости На Любую Тему
19 Oct, 24
