Ученые из России создали биосенсор, вычисляющий инфекции за секунды
Физики из университета ИТМО, МФТИ, МИФИ и московских институтов РАН создали новый биосенсор, который позволяет практически мгновенно определять присутствие вирусов или бактерий в образцах крови или воздуха, просвечивая их инфракрасным излучением, говорится в статье, опубликованной в журнале Laser Physics Letters.
"Наши оптические биосенсоры 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", — рассказывает Сергей Кудряшов из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге, чьи слова приводит пресс-служба института.
Биосенсоры, созданные Кудряшовым и другими отечественными учеными, работают благодаря остроумному приложению наших знаний о том, как свет и другие виды электромагнитного отражаются и преломляются при прохождении через сложные молекулы, в том числе и те, которые составляют основу оболочек микробов и вирусов.
Каждый микроб, вирус или даже клетки тела человека содержат на своей поверхности уникальный набор молекул, по спектру которого ученые могут определить, с каким патогеном или, к примеру, культурой раковых клеток, они имеют дело. Идея создания сенсора, который вел бы "опознавание" микробов и вирусов таким образом, существовала и раньше, однако ученые и инженеры не могли придумать, как можно изготовить такой прибор, чтобы его можно было эффективно использовать в медицинской практике.
Российские ученые решили эту проблему, используя своеобразный световой "нано-дуршаг" – тонкую серебряную пленку, в которой они прорезали миллионы микроскопических отверстий при помощи сверхмощных и коротких импульсов лазера. Отверстия превращают эту пленку в своеобразную дифракционную решетку, которая позволяет фокусировать пучки инфракрасного излучения, которыми "обстреливается" образец, лежащий на ее поверхности.
Инфракрасные лучи, прошедшие через пленку, затем изучаются при помощи обычного спектрометра, и линии поглощения в спектре могут рассказать ученым о том, какие микробы и вирусы содержатся в изучаемом образце или даже в окружающем воздухе.
Подобные сенсоры, как рассказывают ученые, можно применять для непрерывного наблюдения за качеством воздуха в аэропортах, вокзалах и других местах скопления людей, что поможет предотвращать распространение эпидемий или опасных инфекций.
Как отмечает пресс-служба, анализ биоматериала на бактерии и вирусы с помощью существующих методов, таких как ПЦР, занимает несколько дней, в то время как новая методика, разработанная учеными, позволяет получать результаты сразу.
Исследователи надеются, что в будущем новая платформа найдет широкое практическое применение благодаря дешевизне и быстроте изготовления сенсоров, а также использованию более распространенных материалов для подложек. Кроме того, откалибровав библиотеки спектров, ученые планируют определять не только тип бактерии или вируса, но и их количество.