Vědkyně a vědci pod vedením Hany Lísalové ze Sekce optiky dosáhli významného kroku směrem k průlomu v oblasti optických vláknových senzorů. Poprvé se jim podařilo zkombinovat dvě pokročilé technologie – antifoulingové polymerní kartáče a senzory na bázi optických vláken, jejichž spolehlivost tím výrazně zvýšili. Tento inovativní přístup otevírá cestu k přesné detekci biomolekul i v tak náročném prostředí, jakým je například krevní plazma.
Vědkyně a vědci pod vedením Hany Lísalové ze Sekce optiky dosáhli významného kroku směrem k průlomu v oblasti optických vláknových senzorů. Poprvé se jim podařilo zkombinovat dvě pokročilé technologie – antifoulingové polymerní kartáče a senzory na bázi optických vláken, jejichž spolehlivost tím výrazně zvýšili. Tento inovativní přístup otevírá cestu k přesné detekci biomolekul i v tak náročném prostředí, jakým je například krevní plazma.
Nová metoda vyvinutá ve spolupráci týmu Fyzikálního ústavu AV ČR a italského Institutu aplikované fyziky „Nello Carrara“ v rámci mezinárodního konsorcia NABABAS, využívá speciální antifoulingový terpolymerní kartáč (ATB), který minimalizuje nežádoucí adsorpci biomolekul a umožňuje selektivní navázání cílových analytů. Vědci tento koncept demonstrovali na modelové detekci protilátek a prokázali vysokou citlivost i odolnost nově upravených senzorů. Výsledky publikoval časopis Biomaterials Science, kde se práce dostala i na obálku čísla.
„V našem týmu jsme vyvinuli metodu, která umožňuje optickým vláknovým senzorům pracovat s vysokou přesností i v náročných biologických prostředích, jako je krevní plazma. Klíčem k úspěchu byla nejen pokročilá technologie nanokartáčů, ale také spolupráce v rámci týmu a s kolegy z Itálie. Společně se nám podařilo překonat dlouhodobou překážku v oblasti biosenzoriky a otevřít cestu k širšímu praktickému využití těchto citlivých senzorů,“ říká Hana Lísalová, vedoucí Laboratoře funkčních biorozhraní a dodává: „Velké díky patří doktorandkám z našeho týmu, zejména Markétě Vrabcové, za její houževnatost a vytrvalost dotáhnout takto komplexní mezioborovou práci do zdárného konce.“
Nanokartáče chrání senzory před biofoulingem
Optické vláknové senzory patří mezi špičkové technologie pro bioanalytické aplikace. Jejich využití v reálných biologických podmínkách bylo dosud velmi limitované z důvodu chybějících efektivních postmodifikačních strategií, které by umožnily na jedné straně vysokou schopnost rozpoznávání vybraných biomolekul a na straně druhé by zabraňovaly přichytávání jakýchkoliv jiných biomolekul. Právě tuto překážku se podařilo překonat pomocí polymerního nanokartáče – principu, s nímž má tým Laboratoře funkčních biorozhraní bohaté zkušenosti a dosáhl řady světových úspěchů. Tento kartáč se jim podařilo syntetizovat přímo na citlivé oblasti optického vlákna s dlouhoperiodickou mřížkou.
Nově vyvinutý antifoulingový terpolymerní kartáč (ATB) je složen z karboxybetain methakrylamidu, sulfobetain methakrylamidu a N-(2-hydroxypropyl)methakrylamidu. Jeho vynikající antifoulingové vlastnosti pramení z kombinace několika faktorů:
· Vysoká hydrofilita – povrch kartáče silně interaguje s vodou, čímž vytváří ochrannou vrstvu, která brání přichycení nežádoucích biomolekul.
· Elektroneutralita – pozitivní a negativní náboje v polymerní struktuře se vzájemně vyrovnávají, což minimalizuje elektrostatickou přitažlivost nechtěných biomolekul.
· Biokompatibilita a možnost funkcionalizace – polymerní kartáč lze snadno přizpůsobit pro selektivní detekci konkrétních biomolekul.
Potvrzená účinnost v krevní plazmě
Funkčnost terpolymerního kartáče na povrchu optických vláknových senzorů byla ověřena pokročilými metodami, jako je skenovací elektronová mikroskopie, fluorescenční mikroskopie a bezznačkovými optickými biodetekčními experimenty. Testy ukázaly, že senzory s tímto povlakem výrazně snižují nespecifickou adsorpci biomolekul i při dlouhodobém kontaktu s krevní plazmou. Zároveň umožňují funkční vazbu protilátek a detekci cílových biomolekul v reálném čase s vysokou selektivitou.
„Optické vláknové senzory mají obrovský potenciál v oblasti diagnostiky a environmentální analýzy. Vývoj efektivních antifoulingových povlaků, jako je právě ATB, znamená důležitý krok k jejich širšímu využití v praxi. Investice do pokročilých technologií v této oblasti nejenže posouvají hranice současné vědy, ale také reagují na zásadní společenské výzvy, jako je dostupná a přesná diagnostika či zajištění bezpečnosti potravin a vody,“ říká Alexandr Dejneka, vedoucí Sekce optiky Fyzikálního ústavu.
Nové možnosti v medicíně a biotechnologiích
Díky kombinaci antifoulingových a biorekogničních vlastností představují ATB nanokartáče zásadní inovaci v oblasti biosenzoriky. Mohou se uplatnit například při rychlé diagnostice infekčních onemocnění, sledování biomarkerů v krvi nebo v potravinové bezpečnosti.
Tato metoda otevírá cestu k vývoji vysoce citlivých biosenzorů, které lze použít v terénu i v klinické praxi, čímž se výrazně rozšiřují možnosti moderní diagnostiky a analytické chemie.