Микроспонжи из водорослей могут спасать жизни

Микроспонжи, полученные из водорослей, могут помочь быстро диагностировать болезни сердца, рак, ВИЧ и другие заболевания с гораздо меньшими затратами, чем современные клинические методы. Эти микроспонжи являются ключевым компонентом программируемой био-нано-чиповой системы (Programmable Bio-Nano-Chip, PBNC) Университета Райса и стали предметом новой статьи в журнале Small.

Как работает система PBNC

PBNC улавливает биомаркеры из крови, слюны и других биологических жидкостей. Микроспонжи, содержащие антитела для захвата конкретных биомаркеров, размещены в массиве воронкообразных микролунок в сердце устройства размером с кредитную карту. После захвата биомаркеры анализируются за считанные минуты с помощью портативного считывающего устройства.

Секрет эффективности — в материале

Микроспонжи представляют собой шарики агарозы диаметром 280 микрометров. Агароза — дешёвый и распространённый материал, получаемый из водорослей. Её ключевое преимущество — возможность настройки размера пор и каналов вплоть до наномасштаба.

• Идеальный размер пор для быстрого проникновения белков-биомаркеров внутрь шарика составил около 140 нанометров. Это позволяет проводить тест менее чем за 15 минут.
• Губчатая структура с нано-сетью из волокон агарозы обеспечивает огромную площадь поверхности для захвата, что даёт оптический сигнал в 1000 раз сильнее, чем у стандартных методов.

Результаты тестирования

В экспериментах с двумя биомаркерами — карциноэмбриональным антигеном и белком Interleukin-1 beta — система показала эффективность захвата на уровне 99,5%.

Преимущество перед стандартом ELISA

Стандартный метод иммуноферментного анализа (ELISA) использует плоские лунки диаметром 6,5 мм. В PBNC используется трёхмерная сфера (микроспонж), что значительно увеличивает площадь захвата. Кроме того, в ELISA к началу теста остаётся активным менее 10% антител, в то время как в агарозных шариках активны почти все антитела.

Перспективы

Устройства на основе PBNC, проходящие шесть клинических испытаний на людях, могут обеспечить быструю и экономичную диагностику как в больницах и машинах скорой помощи, так и для домашнего использования, в том числе для раннего выявления заболеваний.