Казанские химики создали быстрый сенсор для оценки воспаления и старения организма
Ученые из Казанского федерального университета создали быстрый сенсор для измерения L-цистеина в крови. В будущем такой прибор может работать почти как глюкометр и помогать отслеживать признаки воспаления, болезней и старения организма.
Источник: Юрий Кузин / Казанский федеральный университет. Фотография основного исполнителя проекта Юрия Кузина во время тестирования разработанного сенсора.
МОСКВА, 30 апреля. /Новости науки/. Химики из Казанского федерального университета разработали электрохимический сенсор, который быстро измеряет уровень аминокислоты L-цистеина в крови. Этот показатель может быть связан с воспалением, старением клеток и развитием ряда тяжелых заболеваний. Об этом сообщила пресс-служба Российского научного фонда.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Electrochimica Acta.
L-цистеин нужен организму для синтеза белков. Также он участвует в защите клеток от повреждений. Если уровень этой аминокислоты снижается, это может указывать на диабет, сердечно-сосудистые болезни, болезни Альцгеймера и Паркинсона, хроническое воспаление и аутоиммунные нарушения.
Сейчас L-цистеин обычно измеряют с помощью жидкостной хроматографии. Это точный, но сложный метод. Он требует дорогого оборудования, времени, обученных специалистов и стационарной лаборатории. Новый сенсор должен сделать такую диагностику проще и доступнее.
В основе разработки лежит стеклоуглеродный электрод. Ученые покрыли его тонкой пленкой ионной жидкости. В окисленной форме это вещество реагирует с L-цистеином и меняет электрический сигнал. По изменению сигнала прибор определяет концентрацию аминокислоты в образце.
Принцип работы сенсора похож на чтение электрического «следа» вещества. Через образец пропускают ток, а анализатор фиксирует пики сигнала. Чем больше L-цистеина в образце, тем сильнее меняется пик ионной жидкости.
Для проверки ученые использовали образцы искусственной крови. В них добавляли разное количество L-цистеина, затем погружали электрод в раствор и подавали напряжение. Датчик смог определить концентрацию аминокислоты с высокой точностью в диапазоне, важном для медицинской диагностики.
Авторы также проверили, мешают ли работе сенсора молекулы, похожие на L-цистеин по строению и свойствам. Испытания показали, что прибор сохраняет избирательность и может отличать нужное вещество от близких соединений.
«Наш сенсор просто собрать в лаборатории и в полевых условиях — по аналогии с глюкометрами. Все материалы для него достаточно дешевы. С использованием одноразовых электродов, изготовленных с помощью трафаретной печати, предложенный метод можно масштабировать и применять вне медицинских учреждений», — сказал основной исполнитель проекта, кандидат химических наук, научный сотрудник Химического института имени А.М. Бутлерова КФУ Юрий Кузин.
По словам ученых, в дальнейшем такую технологию можно будет использовать не только в медицине, но и для анализа пищевых добавок. Исследователи также планируют создать сенсоры для других органических веществ.
«В дальнейшем мы планируем создать сенсоры на основе других чувствительных соединений, чтобы расширить круг воспринимаемых прибором органических веществ. Кроме того, в связи с дешевизной нашей разработки мы рассматриваем вариант подготовки реального образца для практических измерений в лабораториях. Также на основе существующих научных результатов мы планируем подготовить патент на разработанный сенсор», — отметил руководитель проекта, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Химического института имени А.М. Бутлерова КФУ Павел Падня.
Разработка пока находится на научной стадии. Но ее главная идея уже понятна: сложный лабораторный анализ можно заменить компактным и дешевым датчиком. Такой прибор сможет быстро показывать, есть ли у человека изменения в уровне L-цистеина, которые могут быть связаны с воспалением, нарушением обмена веществ или возрастными процессами.
Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в журнале Electrochimica Acta.
L-цистеин нужен организму для синтеза белков. Также он участвует в защите клеток от повреждений. Если уровень этой аминокислоты снижается, это может указывать на диабет, сердечно-сосудистые болезни, болезни Альцгеймера и Паркинсона, хроническое воспаление и аутоиммунные нарушения.
Сейчас L-цистеин обычно измеряют с помощью жидкостной хроматографии. Это точный, но сложный метод. Он требует дорогого оборудования, времени, обученных специалистов и стационарной лаборатории. Новый сенсор должен сделать такую диагностику проще и доступнее.
В основе разработки лежит стеклоуглеродный электрод. Ученые покрыли его тонкой пленкой ионной жидкости. В окисленной форме это вещество реагирует с L-цистеином и меняет электрический сигнал. По изменению сигнала прибор определяет концентрацию аминокислоты в образце.
Принцип работы сенсора похож на чтение электрического «следа» вещества. Через образец пропускают ток, а анализатор фиксирует пики сигнала. Чем больше L-цистеина в образце, тем сильнее меняется пик ионной жидкости.
Для проверки ученые использовали образцы искусственной крови. В них добавляли разное количество L-цистеина, затем погружали электрод в раствор и подавали напряжение. Датчик смог определить концентрацию аминокислоты с высокой точностью в диапазоне, важном для медицинской диагностики.
Авторы также проверили, мешают ли работе сенсора молекулы, похожие на L-цистеин по строению и свойствам. Испытания показали, что прибор сохраняет избирательность и может отличать нужное вещество от близких соединений.
«Наш сенсор просто собрать в лаборатории и в полевых условиях — по аналогии с глюкометрами. Все материалы для него достаточно дешевы. С использованием одноразовых электродов, изготовленных с помощью трафаретной печати, предложенный метод можно масштабировать и применять вне медицинских учреждений», — сказал основной исполнитель проекта, кандидат химических наук, научный сотрудник Химического института имени А.М. Бутлерова КФУ Юрий Кузин.
По словам ученых, в дальнейшем такую технологию можно будет использовать не только в медицине, но и для анализа пищевых добавок. Исследователи также планируют создать сенсоры для других органических веществ.
«В дальнейшем мы планируем создать сенсоры на основе других чувствительных соединений, чтобы расширить круг воспринимаемых прибором органических веществ. Кроме того, в связи с дешевизной нашей разработки мы рассматриваем вариант подготовки реального образца для практических измерений в лабораториях. Также на основе существующих научных результатов мы планируем подготовить патент на разработанный сенсор», — отметил руководитель проекта, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Химического института имени А.М. Бутлерова КФУ Павел Падня.
Разработка пока находится на научной стадии. Но ее главная идея уже понятна: сложный лабораторный анализ можно заменить компактным и дешевым датчиком. Такой прибор сможет быстро показывать, есть ли у человека изменения в уровне L-цистеина, которые могут быть связаны с воспалением, нарушением обмена веществ или возрастными процессами.
