• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Złote płytki do wykrywania przeciwciał

    04.03.2011. 00:40
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Spektroskopia ramanowska, dotąd używana np. do mierzenia poziomu zanieczyszczeń w powietrzu i wodzie, może wykrywać przeciwciała we krwi chorych ludzi. Umożliwiające to płytki laboratoryjne wynaleźli naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN - poinformował PAP instytut. Uczeni z Warszawy liczą, że dzięki ich pracy, używana dotąd z powodzeniem w innych dziedzach technika wzmacnianej powierzchniowo spektroskopii ramanowskiej (Surface Enhanced Raman Spectroscopy - SERS), znajdzie zastosowanie w medycynie. "Brak podłoży o odpowiedniej nanostrukturze od trzech dekad uniemożliwiał stosowanie SERS w medycynie. Nam udało się tę przeszkodę wreszcie pokonać" - poinformował prof. Robert Hołyst z IChF PAN.

    Chodzi o wywołanie tzw. efektu Ramana, czyli sytuacji, w której fotony zderzające się z konkretnymi cząsteczkami chemicznymi pobudzają je do emitowania własnych fotonów o znacznie większej energii. Pomiar tej energii pozwala precyzyjnie rozpoznać z jaką cząsteczką badacz ma do czynienia.

    Jak wyjaśnił w przesłanym PAP komunikacie dr Antoni W. Szafrański z biura prasowego IChF PAN, zazwyczaj cząsteczka, na której zachodzi rozpraszanie wiązki światła, pochłania foton i natychmiast emituje inny, o tej samej energii - fizycy mówią wówczas o rozpraszaniu elastycznym lub Rayleigha. Zdarza się również niekiedy, że część energii fotonu zostanie przekazana w wibracje cząsteczki lub w jej ruch obrotowy. W takiej sytuacji foton wyemitowany przez cząsteczkę ma nieco mniejszą energię.

    "Może zdarzyć się też sytuacja przeciwna: cząsteczka odda nieco energii emitowanemu fotonowi. W obu przypadkach rozpraszanie określa się jako ramanowskie, od nazwiska jego odkrywcy, indyjskiego fizyka i noblisty Venkata Ramana. Jest ono niezwykle rzadkim zjawiskiem: zaledwie jeden foton na dziesiątki milionów jest rozpraszany w ten sposób, co oznacza, że bardzo trudno go zarejestrować" - tłumaczył dr Szafrański.

    Jednak, możliwe jest wzmocnienie efektu Ramana (inaczej zwanego rozpraszaniem nieelastycznym) poprzez umieszczenie badanej substancji na chropowatym metalowym podłożu. Jako pierwszy zaobserwował to zjawisko w 1974 roku brytyjski chemik Martin Fleischmann ze współpracownikami. Później okazało się, że wzmocnienie zachodzi też na podłożach ze złota, platyny i miedzi. Najistotniejsze w całym procesie jest właściwe ukształtowanie powierzchni. "Jeśli jest ona odpowiednio schropowacona, na ostrych krawędziach nierówności znacznie rośnie natężenie pola elektromagnetycznego. Z podobnego powodu wszelkie konstrukcje o kształcie iglic przyciągają pioruny" - wyjaśnił prof. Hołyst.

    Cząsteczki osadzone na tak ukształtowanej powierzchni znajdują się w bardzo silnym polu elektromagnetycznym i znacznie częściej rozpraszają fotony w sposób nieelastyczny.

    "Jako metoda analizy, wzmacniana powierzchniowo spektroskopia ramanowska jest wyjątkowo atrakcyjna, ponieważ pierwotny sygnał zostaje potężnie wzmocniony, zazwyczaj od miliona do miliarda razy. Tak wysoka czułość metody pozwala wykrywać nawet pojedyncze cząsteczki chemiczne" - podkreślił dr Szafrański.

    W IChF PAN do wytworzenia złotych powierzchni wykorzystano podłoża z azotku galu (GaN), opracowane w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN. "Proces wytwarzania zaczyna się od wyprodukowania podłoża GaN zawierającego równomiernie rozłożone defekty strukturalne, czyli dyslokacje" - mówi prof. Jan Weyher z IWC PAN.

    Powierzchnia GaN jest następnie poddawana fototrawieniu, które zachodzi wszędzie z wyjątkiem defektów. W rezultacie powstają pionowe kolumny o średnicach kilkudziesięciu nanometrów. Wskutek sił napięcia, swobodne końce sąsiednich nanokolumn łączą się ze sobą, tworząc struktury przypominające stogi na polach. Po tym etapie podłoża są przekazywane do Instytutu Chemii Fizycznej PAN, gdzie napyla się na nie cienką warstwę złota. Rezultatem procesu jest mała (ok. 0,5 na 0,5 cm), cieniutka płytka, która widziana gołym okiem wydaje się zupełnie gładka, ale tak naprawdę pokryta jest równomiernym gąszczem nanometrowych złotych stożków.

    Aby na płytkach można było badać obecność przeciwciał w próbkach krwi, chemicy, w porozumieniu z lekarzami z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego zamierzają dobrać odpowiednie peptydy, które zostaną umieszczone w "dołkach" na powierzchni płytki. Peptydy te będą wiązać się z ewentualnymi przeciwciałami znajdującymi się we krwi. "Analizując widmo światła, emitowanego z naświetlonej odpowiednim laserem próbki będzie można określić które peptydy i w jaki sposób ulegają zmianie. Dzięki temu możliwe będzie precyzyjne wykrywanie kilku rodzajów przeciwciał" - tłumaczyła PAP dr Agnieszka Michota-Kamińska z IChF PAN.

    Dodała, że płytki możliwa będzie produkcja płytek przystosowanych do wykrywania konkretnych rodzajów przeciwciał.

    Naukowcy zapewniają, że płytki przez nich wynalezione są nie tylko skuteczne, ale też trwałe i niedrogie (koszt jednej szacowany jest na ok. pięć euro). "Podłoża dotychczas dostępne na rynku wymagały wyjątkowo ostrożnego traktowania. Trzeba je było przechowywać w atmosferze azotu, nie wolno było dotykać, a mimo to po rozpakowaniu traciły zdolność wzmacniania w ciągu zaledwie godzin. Nasze podłoża można włożyć na kilka miesięcy do zwykłej szuflady i nadal będą nadawały się do użycia" - podkreśliła dr Michota-Kamińska.

    Dr Michota Kamińska tłumaczyła ponadto, że płytki zaprojektowane w IChF nadają się do wielokrotnego użytku. Po wykorzystaniu, np. w szpitalnym laboratorium, będzie można je zwrócić do producenta. "My je oczyścimy i zregenerujemy" - powiedziała.

    Naukowcy pracują jednocześnie nad urządzeniem mikroprzepływowym, precyzyjnie operującym niewielkimi ilościami badanej cieczy. "Będzie to szalka, wyposażona w kanaliki, miniaturowe pompy i niezbędną elektronikę. Laborant będzie musiał tylko w odpowiednim miejscu nanieść próbkę" - tłumaczyła dr Michota-Kamińska.

    Sam spektroskop, wyspecjalizowany do poszukiwania przeciwciał to również niewielkie urządzenie, mieszczące się na biurku i sprzężone z komputerem.

    Pięcioletni grant "Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie - Rozwój i komercjalizacja nowej generacji urządzeń diagnostyki molekularnej opartych o nowe polskie przyrządy półprzewodnikowe" przyznano siedmiu polskim instytucjom naukowym w celu skonstruowania prototypowych urządzeń diagnostycznych na podłożach półprzewodnikowych, przeznaczonych do zastosowań w medycynie, biologii i ochronie środowiska, oraz w celu opracowania podstaw technologii materiałowych dla zastosowań sensorowych i urządzeń diagnostyki molekularnej. Sensory powstające w ramach projektu zostaną zbudowane na powierzchniach półprzewodnikowych wykonanych z azotku galu lub tlenku cynku i zintegrowane z urządzeniami mikroprzepływowymi zapewniającymi przepływ roztworu z badaną próbką. Z uwagi na nowatorski charakter urządzeń przyjmuje się, że prototypowe wersje detektorów do zastosowań medycznych będą wykrywały tylko kilka rodzajów chorób.

    Grant, przyznany na lata 2007-2013, jest koordynowany przez Instytut Fizyki Polskiej Akademii Nauk i ma wartość ponad 73 mln złotych. 85 proc. tej kwoty pochodzi z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, działającego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013; pozostałą część finansuje budżet państwa. Głównymi uczestnikami grantu są: Instytut Fizyki PAN (26 mln zł), Instytut Chemii Fizycznej PAN (20 mln zł) i Instytut Wysokich Ciśnień PAN (19 mln zł).

    W realizacji projektu uczestniczą także: Instytut Biologii Doświadczalnej PAN, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej, Instytut Technologii Elektronowej i Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego. ULA

    PAP - Nauka w Polsce

    tot/bsz



    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)

    Instytut Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (w skrócie IChF PAN) instytut naukowy Polskiej Akademii Nauk z siedzibą w Warszawie. Obecnie tematyka badań w IChF jest skoncentrowana wokół aktualnych problemów fizykochemii. Jednostka ma prawo do nadawania stopnia naukowego doktora oraz doktora habilitowanego w zakresie chemii.

    Efekt Ramana (zjawisko Ramana, rozpraszanie kombinacyjne, rozpraszanie ramanowskie) - nieelastyczne rozpraszanie fotonów przez substancje. Polega ono na tym, że przy rozproszeniu wiązki światła w widmie rozproszonym występują, obok fotonów o takiej samej energii (rozpraszanie Rayleigha) fotony (około 1 na 10) o zmienionej energii. Powoduje to powstanie w widmie, obok pasma Rayleigha o takiej samej częstotliwości jak światło padające, tak zwanych pasm stokesowskich i antystokesowskich o odpowiednio zmniejszonej i zwiększonej częstotliwości, symetrycznie położonych po obu stronach pasma Rayleigha. Są one na ogół około 1000 razy słabsze od pasma Rayleigha, a ich liczba i położenie zależy od budowy cząsteczek rozpraszających.

    Efekt Ramana (zjawisko Ramana, rozpraszanie kombinacyjne, rozpraszanie ramanowskie) - nieelastyczne rozpraszanie fotonów przez substancje. Polega ono na tym, że przy rozproszeniu wiązki światła w widmie rozproszonym występują, obok fotonów o takiej samej energii (rozpraszanie Rayleigha) fotony (około 1 na 10) o zmienionej energii. Powoduje to powstanie w widmie, obok pasma Rayleigha o takiej samej częstotliwości jak światło padające, tak zwanych pasm stokesowskich i antystokesowskich o odpowiednio zmniejszonej i zwiększonej częstotliwości, symetrycznie położonych po obu stronach pasma Rayleigha. Są one na ogół około 1000 razy słabsze od pasma Rayleigha, a ich liczba i położenie zależy od budowy cząsteczek rozpraszających.

    Efekt Ramana (zjawisko Ramana, rozpraszanie kombinacyjne, rozpraszanie ramanowskie) - nieelastyczne rozpraszanie fotonów przez substancje. Polega ono na tym, że przy rozproszeniu wiązki światła w widmie rozproszonym występują, obok fotonów o takiej samej energii (rozpraszanie Rayleigha) fotony (około 1 na 10) o zmienionej energii. Powoduje to powstanie w widmie, obok pasma Rayleigha o takiej samej częstotliwości jak światło padające, tak zwanych pasm stokesowskich i antystokesowskich o odpowiednio zmniejszonej i zwiększonej częstotliwości, symetrycznie położonych po obu stronach pasma Rayleigha. Są one na ogół około 1000 razy słabsze od pasma Rayleigha, a ich liczba i położenie zależy od budowy cząsteczek rozpraszających.

    ELISA (ang. enzyme-linked immunosorbent assay), czyli test immunoenzymatyczny lub immunoenzymosorbcyjny – jeden z najpowszechniej stosowanych testów w badaniach biomedycznych, zarówno naukowych, jak i diagnostycznych. Służy on do wykrycia określonych białek w badanym materiale z użyciem przeciwciał poliklonalnych lub monoklonalnych skoniugowanych z odpowiednim enzymem. W podstawowej wersji testu ELISA, pewna ilość antygenu unieruchomiona jest na powierzchni fazy stałej. Wykonanie testu polega na wprowadzeniu materiału biologicznego zawierającego przeciwciała specyficzne dla unieruchomionego antygenu. Przeciwciała te powinny być uprzednio połączone wiązaniem kowalencyjnym z enzymem. Unieruchomiony antygen i specyficzne przeciwciało tworzą kompleks immunologiczny, dzięki któremu przeciwciało zostaje trwale związane z podłożem. Po przepłukaniu środowiska reakcji i dodaniu odpowiedniego substratu, enzym związany ze specyficznym przeciwciałem katalizuje reakcję, której produkt (najczęściej barwny) można oznaczyć spektrofotometrycznie. Należy jednak zdawać sobie sprawę z faktu, że przedstawiony powyżej opis działania metody jest silnie uproszczony i może podlegać wielu modyfikacjom, a najważniejsze z nich przedstawiono w dalszej części artykułu.

    ELISA (ang. enzyme-linked immunosorbent assay), czyli test immunoenzymatyczny lub immunoenzymosorbcyjny – jeden z najpowszechniej stosowanych testów w badaniach biomedycznych, zarówno naukowych, jak i diagnostycznych. Służy on do wykrycia określonych białek w badanym materiale z użyciem przeciwciał poliklonalnych lub monoklonalnych skoniugowanych z odpowiednim enzymem. W podstawowej wersji testu ELISA, pewna ilość antygenu unieruchomiona jest na powierzchni fazy stałej. Wykonanie testu polega na wprowadzeniu materiału biologicznego zawierającego przeciwciała specyficzne dla unieruchomionego antygenu. Przeciwciała te powinny być uprzednio połączone wiązaniem kowalencyjnym z enzymem. Unieruchomiony antygen i specyficzne przeciwciało tworzą kompleks immunologiczny, dzięki któremu przeciwciało zostaje trwale związane z podłożem. Po przepłukaniu środowiska reakcji i dodaniu odpowiedniego substratu, enzym związany ze specyficznym przeciwciałem katalizuje reakcję, której produkt (najczęściej barwny) można oznaczyć spektrofotometrycznie. Należy jednak zdawać sobie sprawę z faktu, że przedstawiony powyżej opis działania metody jest silnie uproszczony i może podlegać wielu modyfikacjom, a najważniejsze z nich przedstawiono w dalszej części artykułu.

    Powierzchniowo wzmocniona spektroskopia ramanowska (ang. SERS: Surface Enhanced Raman Spectroscopy) – technika spektroskopowa polegająca na pomiarze promieniowania rozproszenia Ramana cząsteczek zaadsorbowanych na powierzchni metalu lub cząstki metalicznego zolu. Technika ta skutkuje znacznym wzmocnieniem mierzonego promieniowania w stosunku do klasycznego pomiaru ramanowskiego.

    Dodano: 04.03.2011. 00:40  


    Najnowsze