Псевдоцветное изображение синегнойной палочки, полученное при помощи сканирующего электронного микроскопа. Изображение: Janice Haney Carr Content Providers(s): CDC / Janice Haney Carr / The Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library / Wikipedia
Ученые МГУ и МФТИ создали плазмонные (способные взаимодействовать со светом) чернила на основе золотых наночастиц для экспресс-диагностики синегнойной палочки. Ноу-хау позволяет за считанные минуты выявлять опасную бактерию даже на ранних стадиях болезни, а вся процедура не требует сложного дорогостоящего оборудования. Новая технология поможет быстрее назначать лечение и снизить неоправданное использование антибиотиков. Исследование опубликовано в высокорейтинговом научном журнале Analytica Chimica Acta.
Опасный возбудитель внутрибольничных инфекций — синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa) — устойчив к большинству антибиотиков и вызывает тяжелые поражения органов. Стандартный анализ для ее выявления занимает до трех дней, из-за чего врачам часто приходится назначать лечение вслепую. Новая технология сокращает время ожидания до нескольких минут. В отличие от классического бактериологического посева или ПЦР, предлагаемый анализ не требует сложного лабораторного оборудования, дорогих реактивов, а также пробоподготовки образца.
Метод, основанный на рамановской спектроскопии (оптический метод анализа состава вещества по рассеянию лазерного света — Примеч. ред.), позволяет обнаружить характерный пигмент бактерии — пиоцианин. Для создания этого метода ученые синтезировали наночастицы в форме звезд с острыми шипами, которые концентрируют электромагнитное поле и усиливают сигнал молекул в миллионы раз.
Тестирование чернил в лабораторных и полевых условиях. A — бумажная подложка с чернилами. B,C — изображения чернил на коммерчески доступной бумаге, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа. D — сигнал, полученный с помощью портативного спектрометра на ватном тампоне. E — изображение ватного тампона, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, и F – изображение чернил на ватных тампонах, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа.
Фотографии: Евгения Афонюшкина, Павел Евдомкимов / МГУ
Чернила заправляют в обычный стержень для ручки. Для теста достаточно нанести их на мазок пациента или бумажную подложку и измерить отклик портативным спектрометром.
Подробнее об исследовании корреспонденту «Научной России» рассказала доктор химических наук, профессор, заведующая лабораторией биоаналитических методов и оптических сенсорных систем химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова Ирина Анатольевна Веселова.
Доктор химических наук Ирина Анатольевна Веселова. Фото: пресс-служба химического факультета МГУ
«Важно понимать, что плазмонные чернила — это не чернила в привычном понимании этого слова, потому в основе наших чернил — наноразмерные частицы золота. Термин “плазмонные” связан с их способностью взаимодействовать со светом: под лазерным излучением они создают мощное локальное электромагнитное поле, которое многократно усиливает сигнал от молекул, оказавшихся рядом. Такие чернила можно нанести на любую поверхность: например, “нарисовать” ими сенсор прямо на бумаге или создать зону детектирования непосредственно на анализируемом образце — на медицинском тампон-зонде с мазком или на бумаге. Затем с помощью небольшого портативного прибора, размер которого сопоставим с размером смартфона, регистрируется усиленный сигнал, и по нему определяют наличие целевого вещества, например маркера конкретной бактерии. Сама идея использования плазмонных чернил для детекции известна, и в мире ведутся отдельные исследования в этом направлении. Однако детектирование бактериальных инфекций, примером которых является синегнойная палочка, с помощью такого подхода ранее не проводилось. И главное — сама конфигурация проведения анализа, при которой плазмонные чернила наносятся непосредственно на мазок (например, на тампон-зонд), является новой. Диагностика проводится не по целой бактериальной клетке, а нацелена на детектирование конкретного пигмента бактерии: пиоцианина. Его обнаружение с высокой вероятностью указывает на присутствие именно этой бактерии в образце. Это особенно важно, поскольку синегнойная палочка устойчива ко многим антибиотикам, и своевременный выбор правильной терапии напрямую влияет на результат лечения».
Новый метод уже протестировали в полевых условиях: чувствительность прибора превзошла клинически значимый диапазон. В будущем ученые планируют адаптировать свое ноу-хау для выявления других опасных патогенов.
Работа поддержана Минобрнауки (соглашение № 075-15-2024-546) и Российским научным фондом (грант № 24-45-00021).
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фотографии в материале:
● Janice Haney Carr Content Providers(s): CDC / Janice Haney Carr / The Centers for Disease Control and Prevention's Public Health Image Library / Wikipedia
● Евгения Афонюшкина, Павел Евдомкимов / химический факультет МГУ
● пресс-служба химического факультета МГУ
