Штрихи из наномира заметят нитями опасных агентов

Штрих-коды, наподобие тех, что используются в магазинах для маркировки товаров, скоро станут удобным средством идентификации угрожающих компонентов биологического оружия. Только метить ими будут не упаковки, а антитела к смертельно опасным инфекциям.

В настоящее время, чтобы определить наличие опасных агентов (таких, например, как бактерия сибирской язвы, вирус оспы или токсин ботулизма), необходимо собрать из места возможного заражения определённое количество органического материала, а после на протяжении какого-то времени культивировать его в лабораторных условиях.

Это создаёт целый ряд неудобств, но таких недостатков лишена новая система, которую предложили учёные из коллектива во главе с биологом Джеффри Током (Jeffrey B.-H. Tok) из Ливерморской национальной лаборатории (Lawrence Livermore National Laboratory — LLNL).

 

 

Система очень маленькая, и работает она просто моментально.

Снимки нескольких случаев кодирования информации с помощью нанонитей Nanobarcodes (иллюстрация с сайта wiley-vch.de).

Состоит устройство из двух частей. Одна часть — нанонити толщиной всего около 250 нанометров и длиной 6 микрометров. Другая часть — это антитела: белки, которые вырабатываются организмом в результате иммунного ответа при вторжении разных опасных факторов, например, белков или бактерий.

Нанонити под названием Nanobarcodes (буквально "наноштрихкоды") — это зарегистрированный продукт, выпускаемый компанией Oxonica, которая занимается разработкой и использованием наноматериалов.

В последних опытах использовалось чередование золотых и серебряных полос на никелевой нанонити. Их ширина была одинаковой, но если её изменять, то можно закодировать куда больше информации — как обычным штрих-кодом (иллюстрация с сайта llnl.gov).

Эти нанонити создаются с помощью электрохимических методов из никеля. На их поверхность нанесены тонкие слои золотых и серебряных плёнок. Ширина покрытий и порядок, в котором они располагаются на протяжении нити, могут быть различными.

	Снимок из эксперимента по выявлению патогенных факторов. Для фотографии подобрана такая частота, при которой отражательная способность "шифрующих" покрытий резко отличается, что делает более простым распознавание кода (иллюстрация G. M. Dougherty, F. Y. S. Chuang, S. S. Pannu, K. A. Rose).

Мы уже как-то рассказывали вам о том, что штрих-коды могут скоро исчезнуть за ненадобностью, по крайней мере, напечатанные на бумаге.

Однако в такой наукоёмкой области, как нанотехнологии, от штрих-кода не отказываются. Наоборот, он вызвал новый интерес: идея Nanobarcodes как раз в том, что, задавая различный рисунок на поверхности, нанонити можно использовать для записи информации. Сам способ фиксирования по внешнему виду похож на штрих-код – отсюда и название.

Затем нанонити с определённым "кодом" – последовательностью золотых и серебряных линий — с помощью специальных технологий прикрепляются к антителам (как это делается, учёные не уточняют).

Сообщение об использовании наноштрихкодов стало "самой горячей историей" немецкого журнала "Прикладная химия" (Angewandte Chemie) (иллюстрация с сайта interscience.wiley.com).

"В конце концов получается куча полосатых нанонитей с прикреплёнными к ним антителами, каждое из которых реагирует на определённый патогенный фактор", — поясняет Джеффри Ток.

Для идентификации патогенов миллионы таких нанонитей с антителами помещают в нейтральную жидкость. А для анализа достаточно опустить в неё образец с "подозреваемым" материалом.

Если в материале присутствует патоген, то он объединяется с антителом (к которому уже прикреплена штрихованная нанонить). Нанонити сделаны так, что при этом контакте они начинают светиться в определённом диапазоне (с материалом о светящихся нанонитях можете заодно ознакомиться здесь).

Затем производится фотосъёмка смеси, состоящая из двух этапов. На первом снимке фиксируется общий вид со всеми штрихкодами. Во время второго снимка включается специальное освещение, позволяющее увидеть свечение антител, объединившихся с патогенами.

	Джеффри Ток: "Аппаратура на основе этого метода может быть очень компактной, и ей будет удобно пользоваться в полевых условиях" (фото с сайта www-cms.llnl.gov).

После этого компьютер сопоставляет все снимки светящихся нитей на втором снимке со штрих-кодами на первом. Ну, а распознать штрих-код, сопоставив его с хранящимися в памяти образцами, не составит никакого труда.

Существенное достоинство этой системы, по словам Тока, заключается в том, что в смеси могут содержаться сразу несколько таких нанодетекторов. В ходе лабораторных экспериментов исследователи смогли успешно идентифицировать четыре патогена с помощью соответствующих им антител и Nanobarcodes.

"Теоретически мы можем узнать о состоянии сотни наноштрихкодов, которые могут поместиться в один снимок, — рассказал учёный. — А благодаря этому анализ проводится очень быстро".

Всё это делает такой метод очень удобным как в военных условиях, так и во время возможных эпидемий. Впрочем, будем надеяться, что такой проверки не потребуется.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru