1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

Наука

Шея индейки вдохновила ученого на создание биосенсора

Изменяющие цвет "бородавки" на шее индейки навели ученого на мысль воспроизвести этот механизм искусственно.

Для американцев фаршированная индейка на столе в День благодарения - столь же неотъемлемый атрибут праздника, как, скажем, для русских куличи на Пасху или блины на Масленицу. Возможно, потому, что Сын-Ук Ли (Seung-Wuk Lee), профессор Калифорнийского университета в Беркли, родился и вырос в Азии, конкретно - в Южной Корее, он проявил к индейке не кулинарный, а сугубо научный интерес. "У индюков и индеек на голове и шее имеются характерные кожные образования, именуемые бородавками или кораллами, - рассказывает ученый. - И эти кораллы меняют цвет в зависимости от настроения птицы. Если птица спокойна, они розово-красные, а если возбуждена, то белые или голубоватые. Меня заинтересовал механизм, кроющийся за этим изменением цвета".

Вместо коллагена - материал из вирусов-бактериофагов

Профессор Ли изучил кораллы индейки под микроскопом и обнаружил в них необычные структуры: "На коже индейки расположены миниатюрные жгуты коллагеновых волокон, - говорит ученый. - Речь идет о белковых структурах, измеряемых нанометрами. В зависимости от толщины эти тяжи преломляют свет разной длины волны. Когда птица возбуждается, коллагеновые волокна набухают, делаются толще, или, наоборот, сжимаются, делаются тоньше, и это изменяет окраску кожи по сравнению со спокойным состоянием".

Профессору Ли пришла в голову идея попытаться на основе этого механизма создать колориметрический биосенсор для выявления определенных химических веществ и оценки их концентрации. Однако коллаген в качестве материала для такого биосенсора не годился, поскольку искусственный синтез этого белка связан со значительными трудностями. "По этой причине мы выбрали другой наноматериал со сходными свойствами, но с более гибкими, длинными и толстыми волокнами, - поясняет ученый. - А синтезируем мы этот материал из вирусов-бактериофагов, нами же искусственно созданных методами генной инженерии".

Лакмусовая бумажка нового поколения

Над такими вирусами исследователь работает еще с тех времен, когда он был не профессором Калифорнийского университета в Беркли, а аспирантом Техасского университета в Остине. Ученый использовал вирус, именуемый М13. Его длина - 880 нанометров, диаметр - менее семи нанометров. Регулируя скорость роста на питательном субстрате и применив ряд других приемов, исследователю удалось создать упорядоченную самоорганизующуюся структуру с заданными оптическими свойствами. На соприкосновение с тем или иным органическим веществом эта структура реагирует быстрым набуханием и изменением цвета, то есть практически так же, как жгуты коллагеновых волокон в коже индейки - разумеется, живой, а не фаршированной.

До некоторой степени такой биосенсор напоминает известную всем лакмусовую бумажку. Но если лакмус - это кислотно-основной индикатор с весьма ограниченными возможностями, пригодный только для выявления кислых и щелочных сред, то структуру нового вирусного биосенсора можно генетически модифицировать так, что она будет реагировать на самые разные вещества. Это уже было экспериментально доказано и со взвешенными в воздухе молекулами тротила (тринитротолуола), и с парами метанола и этанола.

От обеспечения безопасности до медицины

Едва соответствующая молекула вступает в контакт с биосенсором, тот сразу меняет цвет. Для того, чтобы оценить результат, сложного оборудования не требуется, вполне достаточно самого обычного смартфона. С помощью его фотокамеры нужно сделать два снимка сенсора - до и после изменения цвета, - а затем специальное приложение сравнивает их, поясняет профессор Ли: "Мы можем проанализировать, как ПЗС-матрица фотокамеры отреагировала на красную, зеленую и синюю цветовые составляющие упавшего на нее света в обоих случаях, и это позволяет нам количественно оценить изменение цвета сенсора. А оно, в свою очередь, отражает концентрацию искомого вещества".

По мнению разработчика, новый биосенсор сможет найти применение в самых разных областях - от обеспечения безопасности до медицины. Например, по содержанию ацетона в воздухе, выдыхаемом больным сахарным диабетом, он позволит судить об уровне глюкозы в крови пациента - без малоприятного и чреватого инфекцией укола в палец.