Сенсор, разработанный исследователями из группы МакАлпайна, могут обнаруживать бактерии, работая при этом в достаточно необычных местах, включая поверхность зубов. Устройство на основе графена может находить патогенные бактерии, даже в очень незначительных количествах, сообщая о результатах диагностики с помощью беспроволочных технологий передачи данных. Такой сенсор является перспективным прототипом для диагностических систем будущего.

Есть определенная психически неуравновешенная категория людей, боящихся ходить к стоматологу – эти люди опасаются, что стоматолог сможет вживить в зуб секретный имплант, с помощью которого спецслужбы смогут шпионить за ними.

И вот такой сенсор-имплант, монтирующийся на коренных зубах и передающий сигналы появился, хотя его создателя, Майкла МакАлпайна (Michael McAlpine) из Принстона вряд ли можно заподозрить в сотрудничестве с ЦРУ или другими спецслужбами или просто – в желании лишний раз попугать параноиков.

Сенсор, разработанный исследователями из группы МакАлпайна, могут обнаруживать бактерии, работая при этом в достаточно необычных местах, включая поверхность зубов. Устройство на основе графена может находить патогенные бактерии, даже в очень незначительных количествах, сообщая о результатах диагностики с помощью беспроволочных технологий передачи данных. Такой сенсор является перспективным прототипом для диагностических систем будущего.

Разработанный сенсор опирается на синергетическое взаимодействие двух материалов нового поколения – графена и пептидов, синтезированных с заранее запрограммированным строением и свойствами; исследователям впервые удалось получить устройство, которое может быть интегрировано непосредственно с биологической тканью.

Создание устройства началось с того, что химики с помощью печати химики наносили состоящую из графена небольшую систему-матрицу на тонкий слой прозрачного шелка. Эта шелковая подложка играла роль платформы, позволяющей переносить слой графена на различные субстраты – не только зубы но также и мягкие ткани, и внутреннюю выстилку вен.

После помещения «татуировки», состоящей из графена и шелка, на зуб область промывали водой, при этом шёлковая подложка удаляется, а на зубе остается ультратонкая микросхема – за счет ван-дер-ваальсовских взаимодействий прочно удерживается на поверхности.

Следующий этап изготовления сенсор заключался в прививке бифункциональных пептидов к слою графена. Один конец пептида был богат ароматическими фрагментами, которые позволяли белковой цепочка связываться с графеном за счет π-π-стекинг взаимодействий. На другом окончании пептида находилась еще одна «прививка» – природный антибактериальный белок [antimicrobial protein (AMP)], обладающий сильным сродством к трем известным штаммам болезнетворных бактерий.

Связывание AMP с бактерией приводит к тому, что заряженные участки, существующие в клеточной мембране патогенов, по цепочке белка передают заряд ближе к графену, что изменяет его электропроводность. Изменение электропроводности графенового сенсора может быть зафиксировано с помощью внешней антенной, что позволяет проводить качественное и количественное определение бактерий.

МакАлпайн заявляет, что AMP отличаются в выгодную сторону от антител тем, что они обладают гораздо более жесткой структурой, а также и тем, что их проще выделять из природных источников – те противомикробные белки, которые были использованы в исследовании, были выделены из некоторых тропических лягушек.

В планах исследователей выделение и изучение других AMP, которые могут использоваться для распознавания других типов бактерий. К сожалению, недостатком использованных в исследовании противомикробных белков является их низкая селективность. Тем не менее, МакАлпайн отмечет, что выбранные белки использовались для демонстрации возможностей новой системы, и в дальнейшем исследователи планируют выделить из природных источников или синтезировать белки (или, возможно – подобрать их комбинации), более селективные по отношению к патогенным микроорганизмам.

Результаты исследований представлены в статье:

Manu S. Mannoor, Hu Tao, Jefferson D. Clayton, Amartya Sengupta, David L. Kaplan, Rajesh R. Naik, Naveen Verma, Fiorenzo G. Omenetto & Michael C. McAlpine Graphene-based wireless bacteria detection on tooth enamel. – Nature Communications. – 3. – Article number: 763. – doi:10.1038/ncomms1767; Published 27 March 2012.