Блог

Jun 10, 2023

Шелк

Исследователи из Инженерной школы Тафтса разработали способ обнаружения бактерий, токсинов и опасных химических веществ в окружающей среде с помощью биополимерного датчика, который можно печатать, как чернила, на широком

Исследователи из Инженерной школы Тафтса разработали способ обнаружения бактерий, токсинов и опасных химических веществ в окружающей среде с помощью биополимерного датчика, который можно печатать, как чернила, на широком спектре материалов, включая предметы ношения, такие как перчатки, маски или повседневные предметы. одежда. Его даже можно встроить в дроны, чтобы определять следовые уровни переносимого по воздуху SARS-CoV-2, или его можно модифицировать, чтобы адаптироваться к любой следующей угрозе общественному здравоохранению.

Датчик, основанный на разработанных с помощью вычислений белках и фиброине шелка, извлеченных из коконов шелкопряда Bombyx Mori, также может быть встроен в пленки, губки и фильтры или отлит в форму, как пластик, для отбора проб и обнаружения опасностей, передающихся по воздуху и воде, или используется для сигнализации об инфекциях или даже раке в нашем организме.

Эти датчики представляют собой большой шаг вперед по сравнению с другими подходами к измерению болезнетворных микроорганизмов или химических веществ в окружающей среде, которые часто полагаются на биологические компоненты, которые быстро разлагаются и требуют бережного хранения. Датчики также не зависят от электронных компонентов, которые сложно интегрировать в гибкие носимые материалы.

Чтобы узнать больше об этом, я взял интервью у двух исследователей: Фиоренцо Оменетто, профессора инженерии Фрэнка Добла и директора Tufts Silklab, и Джузи Мацеу, бывшего профессора-исследователя в Silklab.

«Наш метод зондирования позволяет в режиме реального времени отслеживать, что происходит в окружающей среде. Он также может определять, что может происходить в организме человека, путем неинвазивного мониторинга биологических жидкостей, таких как слюна или дыхание», — сказал Мацеу.

Активный компонент биополимерного сенсора, разработанного Дэвидом Бейкером, Генриеттой и Обри Дэвис, профессором биохимии в Институте дизайна белков Вашингтонского университета, представляет собой молекулярный переключатель, разработанный с использованием методов молекулярной динамики и искусственного интеллекта. Эти молекулярные переключатели изготовлены из синтетических белков, которые действуют в клетке как замок и ключ и чувствительны к определенному аналиту.

Когда вирус, токсин или другая молекула-мишень приближается, он связывается с переключателем и открывает клетку. Другая часть переключателя — молекулярный ключ — затем может вписаться в замок, и эта комбинация образует полноценный фермент люциферазу, аналогичный ферменту, который освещает светлячков и светлячков. Интенсивность люминесценции увеличивается с изменением концентрации целевой молекулы — аналита.

Говоря более формальным языком, в их статье, опубликованной в выпуске Advanced Materials от 9 декабря 2022 года: «В белковых переключателях, разработанных de novo, сенсорная функция обеспечивается синергией двух разработанных белковых компонентов, lucCage и lucKey, которые могут переходить из закрытого темного состояния в открытое люминесцентное состояние в присутствии аналита. Возникающая в результате биолюминесценция люциферазы обеспечивает быстрое, специфическое и чувствительное считывание ассоциации переключателей lucCage-lucKey, управляемой аналитом».

Молекулярный переключатель свечения встроен в смесь белка природного происхождения, извлеченного из шелковых коконов, называемого фиброином шелка. Регенерированный фиброин шелка (RSF) является неактивным компонентом биополимерного сенсора, но обладает уникальными характеристиками, включая возможность переработки и производства с использованием безопасных методов на водной основе, а также замечательную универсальность для изготовления различных форматов, таких как пленки, губки и чернила легко переносятся на поверхности с помощью коммерческих принтеров. Кроме того, фиброин шелка стабилизирует молекулярный переключатель и значительно продлевает срок его хранения.

Тесты на ускоренное старение были проведены на сенсорных губках и пленках, которые хранились при температуре 60 °C (140 °F) в течение четырех месяцев, и их чувствительность анализировалась через определенные промежутки времени. В течение четырехмесячного периода характеристики восприятия этих форматов (как чувствительность, так и динамический диапазон) сохранились. Кроме того, была проверена стабильность губок после хранения в течение одного года при комнатной температуре, и было обнаружено, что они по-прежнему реагируют.