×
Струйные принтеры могут производить бумажные датчики, которые определяют загрязнение воды и пищи

Датчики, которые идентифицируют инфекционные заболевания и пищевые загрязнения, в ближайшее время могут быть напечатаны на бумаге с помощью обычных офисных струйных принтеров. Исследователи в Университете «МакМастер» разработали прототип, который может появиться на рынке уже готовым продуктом в ближайшие несколько лет.



Технология тест-полосок помогает врачам и ученым быстро обнаруживать некоторые виды рака или бактериальные и респираторные инфекции или контролировать уровни токсинов в воде. Причем новая технология на бумажной основе очень легка в производстве. Еще в 2012 году ученые пытались использовать специализированные струйные принтеры для производства бумажных полос, которые меняют цвет в присутствии возбудителей заболевания. Теперь же полоски обнаруживают конкретный фермент внутри бактерий и показывают это человеку, окрашиваясь в определенный цвет, стоит только этому ферменту попасть на бумагу в жидком или твердом виде.



Новая технология универсальна. Она может обнаружить кишечную палочку и другие бактерии, такие как сальмонелла и хламидии. Распечатанные полосы-датчики используют маленькие рукотворные молекулы ДНК, называемые ДНК-аптамеры. По словам директора McMaster's Biointerfaces Institute Джона Бреннана (John Brennan), эти аптамеры могут связываться с практически любой целью. Датчики также просты в изготовлении.



«Наш первоначальный датчик-палочка требовал очень сложного струйного принтера, и были необходимы специализированные краски, чтобы получались датчики, – говорит Бреннан. – Теперь же мы упростили производство, обнаружив, что достаточно простых чернил и офисных принтеров, чтобы производить наши тест-полоски».

Исследователи пришли к этому с помощью биохимического метода обработки, позволяеющего им генерировать очень большие молекулы ДНК с тысячами нуклеотидов. В то время как малые молекулы ДНК перемещаются туда, откуда они были напечатаны, эти крупные молекулы ДНК слишком большие, чтобы двигаться эффективно, и это позволяет им использоваться сразу в нескольких типах маркеров. То есть обнаруживать по нескольку типов угроз.



«На распечатанной бумаге появляется АТФ (аденозинтрифосфат), который является маркером бактериального заражения, и PDGF (тромбоцитарный фактор роста), который, в свою очередь, уже является маркером, к примеру, рака, – объясняет Бреннан. – Мы можем напечатать букву А для АТФ и P для PDGF, так что буква кодирует соединение, которое обнаруживает. Это позволяет нам делать то, что мы называем мультиплексированием, где мы можем использовать любую комбинацию из букв или символов, чтобы обнаружить из множества различных целей на одной тест-полоске только то, что нам нужно».



Исследователи уже видят, что их бумажные полоски помогут врачам быстро диагностировать болезни, а ученым и экспертам быстро проверять еду или среду для выявления токсинов. Бреннан отмечает, что они не могут пока эффективно тестировать образцы питьевой воды по всем параметрам из-за дополнительного нормативного требования при обнаружении «культивируемых организмов», так как их слишком много в капле воды. В настоящее время чувствительность обнаружения задана в соответствии с потребностями пляжей, бассейнов и других пополняемых водных объектов.



Тест-полоски вряд ли будут коммерчески доступны рынку, по крайней мере, еще три года, по оценкам Бреннан. Исследователи должны утвердить свои технологии в FDA и Министерстве здравоохранения Канады, пробиться через множество бюрократических препон и провести клинические и полевые испытания. Но как только они будут готовы, они тут же найдут сотни возможных применений в областях, где быстрые ответы о наличии патогенных организмов могут спасти жизнь.



Доклад об исследовании был опубликован в журнале Chemistry.



Автор: Степан Мазур