Учёные из Университета Торонто продемонстрировали медицинское устройство, которое позволит быстро обнаруживать инфекционные заболевания, такие как ВИЧ или ТОРС («атипичная пневмония») в «полевых условиях».

Аббревиатура NBIC всё чаще встречается в средствах массовой информации. Она обозначает ускорение научно-технического прогресса за счёт взаимного влияния друг на друга различных областей науки – нанотехнологий, биотехнологий, информационных и когнитивных технологий. До сих пор это оставалось лишь общей идеей; новое устройство, разработанное канадскими учёными, является, вероятно, первым прикладным примером этой конвергенции: оно объединяет в себе достижения нанотехнологий, микротехнологий, микрофлюидных технологий, фотоники, обработки сигналов и протеомики.

Авторы работы изготовили высокопроизводительную и высокочувствительную платформу, способную детектировать множественные биомаркеры агентов инфекционных заболеваний. Эффективность устройства выше, чем у существующих стандартных методов. Сама система состоит из четырёх главных компонентов:

1. QdotB – «штрих-код» на основе квантовых точек: квантовые точки с различным спектром люминесценции сопрягаются с антителами для различных молекул.
2. Электрокинетическая микрофлюидная система обеспечивает быстрое последовательное «считывание» штрих-кодов без использования движущихся деталей.
3. Детектор-счётчик фотонов позволяет в реальном времени измерять показания штрих-кодов.
4. Из оптического сигнала восстанавливается измеряемые параметры.

Схема работы устройства.

В экспериментах учёные проводили обнаружение трёх мишеней: вирусов гепатита B и C, а также ВИЧ. Антитела-биомаркеры химически сопрягались с квантовыми точками с различным положением спектральной линии флуоресценции (570 или 615 нм либо с обоими типами сразу). При этом ширина полос настолько мала, что по некоторым оценкам, возможно одновременное использование до миллиона таких штрих-кодов.

Квантовые точки наносились на микрофлюидный чип, на котором флуоресцентный сигнал, проходя через систему дихроичных зеркал, полосовых фильтров и фокусирующих линз, попадал на полупроводниковый фотодетектор. Время срабатывания детектора на несколько порядков ниже того, которое требуется квантовой точке на то, чтобы проплыть мимо него, что позволяет различать отдельные квантовые точки и агрегаты из нескольких структур.

Новое устройство продемонстрировало чувствительность в 50 раз выше, чем у принятых диагностических методов (таких как ELISA). Однако, это не предел, и в дальнейшем учёные намерены повысить её, увеличив эффективность флуоресценции квантовых точек за счёт использования антител с изотропным дипольным моментом и большим сечением поглощения. Кроме того, возможности метода не ограничены инфекционными заболеваниями – в принципе, он может позволить обнаруживать практически любые биологические молекулы-биомаркеры.