Российские исследователи разработали аппарат, способный выявлять даже минимальные концентрации токсинов, гормонов, красителей и других молекул в воде, продуктах питания или биологических материалах. Описание устройства и первые результаты испытаний опубликованы в журнале Analytica Chimica Acta.
«Этот метод отличается простотой, доступностью и гибкостью, позволяя обнаруживать не только гормоны щитовидной железы, но и другие малые молекулы. Мы рассчитываем, что технология найдет широкое применение в поиске новых биомаркеров заболеваний, медицинской диагностике, экологическом мониторинге, контроле качества пищевой продукции, биобезопасности и многих других важных сферах,» – отметила Наталия Гутенева из Московского физико-технического института в Долгопрудном.
Практически все объекты окружающего мира, начиная от клеток человеческого организма до обыкновенных луж на улице, содержат огромное множество молекул, из которых некоторые присутствуют даже в очень низких концентрациях. Эти вещества могут существенно влиять на функционирование и жизнь данных объектов либо, наоборот, служить причиной их повреждений и уничтожения.
Например, попадание нескольких десятков нанограмм ботулотоксина в кровеносное русло практически неизбежно приведет к смерти человека, а наличие следовых концентраций токсичных химических веществ в воде рек и озер способно вызвать серьезные нарушения в поведении рыб и массовую гибель водных обитателей. Сегодня обнаружение таких «невидимых» ядов реализуется двумя способами: либо при помощи громоздких и дорогих масс-спектрометров, либо с использованием более доступных, но трудоемких и медленных иммуноферментного или иммунохроматографического анализа (ИХА).
Оба метода сложно применимы вне лабораторных условий, что ограничивает их мобильность и делает невозможным оперативный контроль. Наталия Гутенева совместно с коллегами из МФТИ, НИЯУ МИФИ и Института общей физики РАН решили эту проблему, создав специальные магнитные метки, которые «прилипают» к целевым молекулам и позволяют извлекать и распознавать их даже при единичных количествах в растворе.
По принципу действия, как поясняет пресс-служба Физтеха, технология похожа на ИХА, но реализуется иначе. Получив нужные метки, ученые связывают их с антителами и вводят в образец крови или другого биоматериала, где могут присутствовать токсические вещества, гормоны или иные интересующие молекулы.
Антитела фиксируются на целевых компонентах и объединяются с синтетическими молекулами, что позволяет всей конструкции «зацепиться» за специальные сорбционные тест-полоски. Присутствие меток существенно изменяет реакцию полосок на магнитные поля, что обеспечивает выявление даже самых малых следов токсинов и гормонов.
Масса обнаруживаемых веществ, как показали эксперименты на образцах крови с гормонами щитовидной железы, не превышает нескольких миллионных долей нанограмма, что значительно превосходит чувствительность традиционных ИХА или ИФА методов. Более того, весь процесс занимает всего 30 минут и не требует сложного лабораторного оборудования либо дорогостоящих реактивов.
Исследователи надеются, что эта разработка сможет быстро интегрироваться в повседневную жизнь и станет полезной в химических лабораториях различных направлений.