Новый метод включает в себя общий биологический тест, который называется иммунологическим обследованием. Этот тест подражает действию иммунной системы, обнаруживая биомаркеры – химические вещества, свойственные определенному заболеванию. Когда биомаркеры присутствуют в образцах тканей, тест иммунологического обследования производит флуоресцентный свет, который «измеряется» в лаборатории. Чем больше свечение, тем больше биомаркера присутствует в организме. Однако если количество биомаркера незначительное, свечение получается недостаточно ярким для того, чтобы его зарегистрировать, то есть существует предел обнаружения. Главная цель ученых состояла в том, чтобы повысить этот предел.

Исследователи из Принстона занялись этим ограничением, используя нанотехнологии. Их целью было усилить слабую флюоресценцию. Ученые спроектировали мельчайшие стеклянные и золотые структуры, которые можно обнаружить только мощным электронным микроскопом, но эти структуры способны значительно усилить световой сигнал. Использование технологии привело к уточнению результатов в 3 миллиона раз. Технически исследователи изменили предел обнаружения с 0,9 наномоль до 300 аттомоль.

Представление нового иммунологического оборудования с использованием наноматериала. Фото с сайта kurzweilai.net, автор Стивен Чоу

«Этот прогресс открывает много новых возможностей для иммунологических обследований и других видов тестов, - говорит Стивен Чоу, профессор в области наноинженерии, который возглавил исследовательскую группу. - Кроме того, обновленное исследование очень удобно устроено: для человека, проводящего тест, не потребуется никаких дополнительных навыков – процедура проводится таким же образом, как раньше».

Профессор Стивен Чоу и его команда. Фото princeton.edu

Ключом к прорыву является новый искусственный наноматериал, названный D2PA, который разрабатывался в лаборатории Чоу в течение нескольких лет. D2PA - тонкий слой золота, имеющего особую наноструктуру, окруженного стеклянными столбиками, каждый 60 миллимикронов в диаметре. Приблизительно 1000 столбиков составили бы ширину человеческого волоса. Столбики располагаются на расстоянии в 200 миллимикронов друг от друга, каждый из них накрывает «диск» из золота. Стороны каждого столбика покрыты еще меньшими по размеру, приблизительно 10-15 миллимикронов в диаметре, золотыми пластинками. В предыдущей работе Чоу показал, что эта уникальная структура невероятно повышает эффективность сбора и передачи света. И повышение светового сигнала в медицинских тестах значительно.

Натоматериал D2PA. Фото с сайта sciencedaily.com

В процессе стандартного иммунологического обследования образец для анализа, например кровь, слюна или моча, соединяется с антителами, которые проявляют биомаркеры, свидетельствующие о заболевании. Определенные антитела отмечены флуоресцентной молекулой. Новая технология, разработанная в Принстоне, позволяет распознать свечение, когда очень немного антител находят свою марку.

Иммунологические обследования обычно выполняются в стеклянных мензурках. Наноматериал, изобретенный в Принстоне, может быть добавлен как слой внутри колбы, и это позволит увеличить чувствительность и точность теста. Фото с сайта physorg.com, автор Франк Войцечовский

В дополнение к диагностическому использованию, процедура иммунологического обследования обычно применяется в процессе изобретения нового лекарственного средства и других биологических исследованиях. Более широко флюоресценция играет существенную роль в других областях химии и инженерии: от светоизлучающих дисплеев до сбора солнечной энергии, и материал D2PA найдет применение в этих областях, говорит Чоу.

Ученые описали результаты своего исследования в недавних выпусках двух изданий: Nanotechnology, где описывается физика процесса, и Analytical Chemistry, где рассказывается о работе технологии в контексте иммунологических обследований.

Работа финансировалась Агентством перспективного исследования и Национальным научным фондом.