Органические нанозиммы нового поколения — безопасное и экономичное решение для сельского хозяйства и пищевой промышленности

Нанозиммы — это синтетические материалы, обладающие ферментоподобными каталитическими свойствами. Они широко используются в биомедицине, например, для диагностики заболеваний. Однако неорганические нанозиммы, как правило, токсичны, дороги и сложны в производстве, что делает их непригодными для сельского хозяйства и пищевой промышленности.

Исследовательская группа из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейне разработала нанозиммы на основе органических материалов, которые нетоксичны, экологичны и экономически эффективны. В двух новых исследованиях они представляют органические нанозиммы следующего поколения и исследуют платформу для анализа молекул в сельхозпродукции в месте использования.

Первое поколение нанозимм на основе органических соединений (OC) имело некоторые недостатки. Для их стабилизации требовались полимеры с повторяющимися функциональными группами, что не позволяло достичь достаточно малого размера частиц.

В новой версии исследователи использовали основную аминокислоту (L-аланин) и полиэтиленгликоль в качестве компонентов, а также новую технику синтеза частиц. Это позволило уменьшить размер частиц до менее 100 нанометров. Этот нанозимм напоминает физическую структуру целевых ферментов и имитирует их каталитическую активность.

В первом исследовании, опубликованном в Food Chemistry, ученые показали, что эти органические (OA) нанозиммы в сочетании с колориметрической сенсорной платформой могут успешно обнаруживать присутствие гистамина в пищевых продуктах.

Система была протестирована на шпинате и баклажанах — овощах с высокой концентрацией гистамина — и показала доступную аналитическую производительность. Это демонстрирует потенциал системы для реального применения в качестве экономичной сенсорной системы для пищевой и сельскохозяйственной отраслей.

В другом исследовании, опубликованном в Chemical Engineering Journal, ученые усовершенствовали процесс производства новых органических (OM) нанозиммов и разработали интегрированную колориметрическую платформу для анализа в месте использования. Она позволяет быстро обнаруживать сельскохозяйственные и биологические молекулы без лабораторных условий.

Исследователи сначала применили систему для обнаружения глифосата — распространенного сельскохозяйственного гербицида. Затем, используя метод ферментативной каскадной реакции, они обнаружили глюкозу — распространенную биологическую молекулу. В обоих случаях система показала хорошую аналитическую чувствительность, позволяя получить точные результаты в течение нескольких минут.

Для выполнения такого анализа в домашних условиях потребуется приложение для обработки изображений на смартфоне, интегрированное с колориметрической сенсорной платформой на основе OM-нанозиммов. Пользователи могут добавить образец пищи в жидкий раствор, а затем протестировать его с помощью небольшой бумажной микрофлюидной полоски.

Если полоска меняет цвет на зеленый, это указывает на каталитическую активность и возможное присутствие целевой молекулы (например, глифосата или глюкозы). Затем пользователь может сделать снимок, и приложение с помощью алгоритма преобразует цветное изображение в расчетную концентрацию целевых молекул.

Органические нанозиммы демонстрируют высокую ферментоподобную каталитическую активность, предлагая биоразлагаемую и устойчивую альтернативу традиционным неорганическим нанозиммам. Это делает их пригодными для использования в сельском хозяйстве, безопасности пищевых продуктов и других биологических областях.