Химический датчик способен быстро обнаруживать грибковые инфекции

Повышенные концентрации в моче моносахаридного спирта D-арабита, особенно по сравнению с L-арабитом или креатинином, свидетельствуют о грибковой инфекции, которая может оказаться смертельной.

У здоровых людей эти формы, известные как D-арабит и L-арабит, образуются примерно в одном и том же количестве, тем не менее клетки видов Candida производят только D-арабит. Таким образом относительное увеличение концентрации этого энантиомера в жидкостях организма может предвещать инфекцию.


Ученые Института физической химии Польской академии наук (Варшава, Польша) разработали, изготовили и испытали химические сенсоры для определения D-арабита. Эти хемосенсоры содержали кварцевый резонатор или полевой транзистор с длинным каналом (EG-FET), интегрированные с пленочными модулями распознавания из полимера с молекулярными отпечатками.

Полимерную пленку с молекулярными полостями, связывающими D-арабит, получали с использованием метода молекулярного импринтинга. Процесс начинался путем растворения D-арабита в ацетонитриле. Затем к раствору добавляли борную кислоту, меченную с помощью битиофена, молекулы которого связываются с D-арабитом в конкретных позициях. Замещающая группа битиофена создавала условия для электрохимической полимеризации раствора. Таким образом была создана полимерная пленка, имеющая жесткую структуру, после чего осталось лишь вымыть молекулы D-арабита, чтобы получить пленку с молекулярными полостями желаемой формы и свойств.

Полученные полимерные пленки для обнаружения имеют толщину около 200 нанометров. Они осаждаются либо на золотые электроды, либо на кварцевые резонаторы. После погружения образца, взятого у пациента, в раствор частицы D-арабита застревают в молекулярных полостях пленок и, в зависимости от способа обнаружения, изменяют либо протекание тока через полевой транзистор, имеющий затвор, соединенный с электродом, либо резонансную частоту колебаний пьезоэлектрического резонатора. Химический сенсор позволил снизить время обнаружения грибков от нескольких дней (столько приходилось ожидать ранее) до всего лишь нескольких минут.

С помощью хемосенсоров концентрацию D-арабита определяли с помощью проточно-инжекционного анализа или обязательного условия неподвижного раствора соответственно. Избирательность по отношению к распространенным помехам, в частности к L-арабиту, разработанные хемосенсоры превосходили. Пределы обнаружения и диапазоны линейной динамической концентрации для хемосенсоров на основе кварцевого резонатора и полевого транзистора составляли 150 мкМ и от 150 мкМ до 1,25 мМ, а также от 120 мкМ до 1,00 мМ соответственно, что оказалось ниже, чем концентрации D-арабита в моче пациентов с инвазивным кандидозом, концентрация которой была более 220 мкМ. Авторы пришли к выводу, что разработанные хемосенсоры подходят для ранней диагностики грибковых инфекций, вызванных дрожжевыми грибками Candida. Исследование было опубликовано в мае 2016 года в журнале “Биосенсоры и биоэлектроника” (Biosensors and Bioelectronics).

Ссылки по теме:
Институт физической химии Польской академии наук