В России создан серебряный сенсор для отслеживания эпидемий

Учёные из Университета ИТМО совместно с московскими коллегами создали новый оптический биосенсор, который позволит диагностировать инфекционные заболевания за считанные секунды. Устройство выявляет бактерии и вирусы с помощью инфракрасного излучения. Оно может пригодиться в детских садах, школах, аэропортах, на вокзалах и других людных местах, особенно в случае массовых вспышек инфекционных заболеваний. Соответствующая статья опубликована в журнале Laser Physics Letters. 

Созданное устройство представляет собой серебряную наноплёнку с множеством отверстий. Она нанесена на прозрачную подложку из природного минерала флюорита. На плёнку помещают образец анализируемого биоматериала, например, соскоб со слизистой оболочки носа или каплю слюны. Бактерия или вирус попадает в одну из дырок в плёнке и застревает там. Затем поверхность с биоматериалом просвечивают инфракрасным излучением в стандартном лабораторном приборе — ИК-спектрометре. Волны сталкиваются с бактериями, и спектр излучения на выходе изменяется.

По спектру света, прошедшего сквозь образец, легко судить о наличии в нём бактерий или вирусов. При этом можно сразу отличить один вид патогенного организма от другого. В работе учёные использовали в качестве модельного организма бактерию под названием золотистый стафилококк. Однако с помощью нового биосенсора можно моментально обнаруживать и многие другие патогенные микроорганизмы. Что важно, он оказался чрезвычайно чувствительным в сравнении со стандартными методами.

Новый способ экспресс-анализа потенциально можно использовать на крупных транспортных узлах, где нужно отслеживать здоровье прибывающих, способных занести опасные новые инфекционные заболевания. Сейчас для этих целей устанавливают тепловизоры, которые следят за температурой пассажиров. Если прибор показывает, что у пассажира повышена температура, нужен уточняющий анализ, который определит, действительно ли пассажир болен и чем именно. Анализ биоматериала на бактерии и вирусы с помощью имевшихся методов занял бы несколько дней. А новый способ, предложенный специалистами ИТМО, позволяет получать результаты сразу. В этом случае можно оперативно объявить карантин и не допустить дальнейшее распространение инфекции. 

Методы оптического биосенсорного анализа не новы, однако до сих пор почти не используются массово. Это связано с тем, что прежние технологии не позволяли делать реальные прототипы устройств, которые можно было бы тестировать в лабораторной и клинической практике. Чтобы делать в плёнках отверстия нужного размера, требуется много импульсов соответствующего лазера. Это долго, трудоёмко, и поэтому дорого.

В этот раз российским учёным удалось создать миллионы микроскопических отверстий в плёнке довольно простым способом. Для этого они разделяли пучок лазерного излучения на множество независимых микропучков с помощью дифракционного оптического элемента. Благодаря использованию такого лазера специалистам удалось автоматизировать и заметно ускорить процесс создания серебряной решётки. Покрыть дырами удалось площадь порядка одного квадратного сантиметра. Серебро, из которого состоят плёнки, токсично для бактерий. Это гарантирует, что микроорганизмы не смогут прижиться на самом сенсоре и снизить его точность со временем.