Odhalit ve vodě nebo v mléčných výrobcích i velmi malé zbytky antibiotik. Právě to umí biosenzor v podobě malé krabičky propojené s mobilním telefonem. Jeho základem je nový, na míru vyvinutý nanomateriál. Stojí za ním vědci z Olomouce a svůj objev prezentovali i v odborném časopise Small.
Pro biosenzor vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci a tamní přírodovědecké fakulty připravili speciální materiál odvozený od fluorografenu. Na tuto základnu badatelé navázali přes alkynové skupiny aptamer, molekulu, která je schopná odhalit antibiotikum. V tomto konkrétním případě šlo o ampicilin.
„Napadlo nás k tomu využít technologii tzv. klikací chemie, která umožňuje přesně a rychle spojovat molekuly. Ojedinělý je nejen tento postup, ale i možnost propojení senzoru s mobilním telefonem,“ vysvětlil jeden z členů autorského týmu David Panáček z CATRIN.
Citlivější než limit EU
Metoda je dle vědců velmi jednoduchá. Elektroda s naneseným nanomateriálem se ponoří do kontaminovaného roztoku a pomocí mobilu se měří množství ampicilinu. Měření tak může provést kdokoliv, ať už v domácím prostředí nebo přímo v terénu. Dosud se k rozpoznávání využívají drahé přístroje a analýzy se provádějí v laboratořích proškoleným personálem.
Účinnost senzoru výzkumníci ověřili na kohoutkové pitné vodě, v mléčných výrobcích a v lidských slinách. Povedlo se jim zjistit, že biosenzor dokáže například v pitné vodě odhalit ještě nižší množství zbytku léčiva, než kolik pro něj činí limit stanovený Evropskou unií.
Narůstající rezistence mikroorganismů vůči antibiotikům představuje jeden z nejpalčivějších problémů dnešní medicíny. Vedoucí výzkumného týmu CATRIN Michal Otyepka konstatoval, že „existují odhady, že v roce 2050 by mohla mít na svědomí více úmrtí než rakovina. Vedle nových terapií je potřeba také bedlivě sledovat hladiny antibiotik v různých vzorcích. Zbytková množství antibiotik se prokazatelně vyskytují nejen v odpadních vodách, ale i v pitné vodě či některých potravinách, což jen podporuje schopnost bakterií vytvářet si vůči nim odolnost.“ Doplnil, že vědci proto hledají rychlé, levné, účinné a jednorázové elektrochemické biosenzory, které přítomnost antibiotik prokážou.
Doma i v zahraničí
S grafenovými deriváty a biosenzory nepracovali vědci v CATRIN ve výzkumu financovaném Evropskou radou pro výzkum (ERC) poprvé. „Měl jsem naprosto konkrétní představu o biosenzoru. Potřeboval ale vhodný materiál. Ten jsme mu dokázali ušít na míru, a to v rekordním čase,“ řekl chemik Panáček s tím, že od myšlenky po publikování výsledku neuplynulo více než půl roku.
Už v minulosti vědci v CATRIN spolupracovali s vědeckými kolegy ze Španělska a Brazílie. Výsledkem byl senzor pro odhalení pančovaní hovězího masa vepřovým. K úspěšnému řešení využili grafenovou kyselinu.
Zároveň vědci z CATRIN spolupracují na dalších projektech i na domácí scéně. Odborníci z několika výzkumných skupin CATRIN se zapojí do řešení projektů Národního centra kompetence polymerních materiálů a technologií pro 21. století, které uspělo v soutěži Technologické agentury ČR. Pod vedením Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně propojí výzkumné týmy z devíti výzkumných organizací a šestnácti podniků. Olomoučtí vědci se zaměří například na vývoj aditiv do polymerů nebo přípravu technologií pro eliminaci mikroplastů v odpadních vodách.
„K tomu je potřeba dovyvinout a optimalizovat metodu identifikace mikroplastů, abychom dokázali říct, jaké mikroplasty a v jakých koncentracích jsou v konkrétních odpadních vodách a následně se mohli podílet na vývoji technologie pro jejich odstranění. Využijeme zejména naše mikroskopické techniky, dynamický rozptyl světla a případně další separační techniky,“ objasnil Jan Filip, vedoucí skupiny Environmentální nanotechnologie na Regionálním centru pokročilých technologií a materiálů Univerzity Palackého v Olomouci.
Dalším z úkolů řešených v rámci projektu bude značení plastů pomocí nanostruktur. Výsledek by mohl přispět například ke snazší separaci plastových odpadů.
