Материал подготовлен проектом ИноСМИ Группы сайтов РИА Новости >>
Международная группа исследователей разработала на основе наноалмазов биосенсор, способный определять содержание железа в крови. Этот сенсор использует дефекты в крохотных алмазах для определения особого протеина, который накапливает железо и который был найден во многих типах живых организмов. Исследователи надеются расширить применение предложенной ими сенсорной технологию и использовать ее для обнаружения других протеинов.
В большинстве живых организмов металла предостаточно, и содержащие железо протеины обнаружены во всем, начиная от одноклеточных микроорганизмов до человеческих существ. У человека железодефицит в большинстве случаев вызывается недостаточным питанием и может привести к анемии, тогда как повышенное содержание железа, возможно, означает наличие острой воспалительной реакции. Поэтому точное измерение содержания железа в крови является весьма важным средством медицинской диагностики.
Точное определение
Однако определение отдельного специфического протеина в биологических образцах является делом весьма нелегким. Современные методы либо включают использование органических маркеров – подкрашенных и флуоресцентных протеинов, – либо квантовых точек. Однако маркеры блекнут после определенного периода использования, тогда как квантовые точки обладают способностью ухудшать состояние проб. Стандартные тесты крови включают в себя обнаружение протеина, известного как ферритин, который несет ответственность за хранение и транспортировку железа и который способен содержать до 4500 магнитных ионов железа. Но при использовании органических красителей и квантовых точек результаты могут быть ненадежными, поскольку они способны косвенным образом влиять на количество железа.
Группа ученых под руководством физика Федора Железко (Fedor Zelezko) из Университета города Ульм в Германии вместе с коллегами из Тайваня разработали метод для определения ферритина с помощью нанометровых алмазов с поврежденной решеткой, известной как дефект азото-замещенной вакансии. Подобного рода дефекты встречаются, когда расположенные по соседству атомы углерода заменены атомами азота, а также пустой решеткой (empty lattice). Такие азото-замещенные вакансии способны обнаружить слабые магнитные поля. И именно их пытались обнаружить исследователи, поскольку каждый направляющийся к ферретину атом создает крохотное магнитное поле, которое обычно сложно измерить.
Специальные места
Железко в интервью интернет-сайту physicswolrd.com подчеркнул, что азото-замещенные вакансии являются очень важными для разработки нового сенсора. Вот почему ученые из Ульма объединили свои усилия с Хуан-Ченг Чангом (Huan-Cheng Chang) из Академиа синика (Academia Sinica) в Тайване, специалисты которой облучали доступные на коммерческом рынке наноалмазы с помощью тяжелых ионов для создание азото-замещенных вакансий.
Звездный спектр
В качестве теста, подтверждающего верность выбранного принципа, исследователи использовали наноалмазы для обнаружения образцов очищенного протеина ферритина, а не тех образцов, которые все еще находятся в крови. Для этого Железко и его коллегам нужно было найти способ абсорбации ферритина на поверхности алмаза. Это было сделано с помощью электростатического взаимодействия между наноалмазами и протеином ферритин, в результате которого формируется нековалентная связь между поверхностью алмаза и аминогруппой в протеине. После этого исследователи смогли обнаружить ферритин с помощью «магнитного шума», создаваемого атомами в протеине, постоянно переключающими свои нестабильные магнитные моменты.
«Мы в основном измеряем значения магнитного шума в местах азото-замещенных вакансий», — подчеркивает Железко. Он также отмечает, что в большинстве экспериментов подобный шум может восприниматься как помеха, но в данном случае он имеет решающее значение. «На самом деле, мы определяем не только значение, но также частоту и, следовательно, спектр данного шума», — добавляет Железко. По его мнению, исследователи могут использовать полученные результаты для определения количества атомов, несущих ответственность за этот шум, – чем больше атомов, тем выше частота колебаний. Железко сравнивает используемую технику с астрономией, когда спектр звезды позволяет судить о ее составе и внутренних процессах. «Мы не прикасаемся к железу внутри протеина, а вместо этого измеряем исходящий шум, то есть мы используем бесконтактный метод», — подчеркивает он.
