Není kartáč jako kartáč

Jednoduchá analýza a výsledky v krátkém čase, nebo dokonce přímo v terénu. Biosenzory na bázi polymerních kartáčů představují řešení, jak zrychlit komplexní analýzu nejen v oblasti bezpečnosti potravin, ale také třeba při detekci koronaviru.

Monitorování škodlivých látek v životním prostředí, detekce patogenů v potravinách či různorodé aplikace v medicíně – to jsou oblasti, kde nacházejí uplatnění biodetekční technologie a zejména afinitní biosenzory, citlivá zařízení schopná analyzovat vzorky v reálném čase. Receptor v rozpoznávací vrstvě senzoru zachytí detekovanou látku, což vyvolá změnu měřených veličin (např. hmotnosti, indexu lomu, hustoty nebo luminiscence). Další klíčové prvky biosenzoru tvoří převodník, který převádí vstupní signál na výstupní (a využívá přitom optické, piezoelektrické nebo elektrochemické a jiné jevy), a koncová jednotka zobrazující uživateli výsledky analýzy.

Afinitní biosenzory na bázi ultrarezistentních polymerních kartáčů, o nichž bude dále řeč, se nyní testují za účelem detekce koronavirové infekce z odebraných vzorků, a to nejen ze stěrů z horních a dolních cest dýchacích, ale i z povrchů nebo odpadních vod.

Při kontrole kvality a bezpečnosti potravin se dnes pro nalezení patogenních bakterií a toxinů běžně používají především kultivační metody, mikroskopie, imunochemické metody či metody založené na analýze nukleových kyselin. V porovnání s těmito standardními postupy jsou biosenzorové analýzy rychlejší, ale také levnější, jednodušší na přípravu vzorků a použitelné přímo v terénu. Šetří čas a není nutné převážet vzorky do specializovaných laboratoří.

Co tvoří biočip

Srdcem afinitního biosenzoru je substrát s takzvanou biorekogniční vrstvou, která specificky rozpoznává určitou molekulu a interaguje s ní. Takový prvek bývá označován jako biočip. Například u biosenzorů založených na rezonanci povrchových plazmonů (viz rámeček) může biočip tvořit skleněná destička s vhodnými optickými parametry potažená velmi tenkou vrstvou zlata (~50 nm). Existuje řada metod, jak povrch pokrýt a získat plně funkční biočip. Běžně se pozlacená destička ponoří do roztoku alkanthiolů, které se chemicky vážou na povrch. Mezi atomem síry v alkanthiolu a atomem zlata na povrchu čipu se vytvoří kovalentní vazba a jednotlivé molekuly se na základě hydrofobních interakcí poskládají vedle sebe – vznikne souvislá, pravidelně uspořádaná sebeskladná monovrstva. Díky rozmanitosti funkčních skupin na konci alkanthiolů je možné připravit různé vrstvy s dobře charakterizovanými fyzikálně-chemickými vlastnostmi. Ty s koncovým atomem bromu nebo chloru představují spodní kotvicí vrstvu pro následný růst polymerních kartáčů (obr. 1).

Biočipy na bázi ultrarezistentních polymerních kartáčů mají v biosenzorech klíčovou roli, neboť umožňují specifickou detekci analyzovaných látek v komplexním vzorku, například v biologických vzorcích obsahujících částice koronaviru.Ilustrace Neuroncollective.com, Daniel Špaček, Pavel Jirák

Rozmanitost polymerních kartáčů