Rozmawiamy z dr hab. inż. Jackiem Rylem, prof. PG na temat projektu pt. „Elektrochemiczny Au-Minecraft: nowe podejście do budowy systemów biosensoryki impedancyjnej”.
Popularność czujników elektrochemicznych rośnie wykładniczo. Niektóre z nich mają szansę na zawsze zmienić oblicze naszej cywilizacji, pozwalając na ultra dokładną detekcję zagrożeń związanych z występowaniem patogenów, takich jak komórki nowotworowe, wirusy, bakterie i inne.
Funkcjonowanie czujników w systemach rozpoznania molekularnego w chemii i biologii związane jest z przeniesieniem ładunków przez granicę faz przewodzącego ciała stałego i otaczającego go elektrolitu. Utworzony w ten sposób układ elektryczny jest charakteryzowany w oparciu o analizy sygnałów elektrycznych, podczas gdy kinetyka zachodzącego procesu istotnie zależy od niejednorodności powierzchni biosensora.
Jak można zdefiniować systemy biosensoryki impedancyjnej?
Zdefiniowałbym je jako narzędzia służące do detekcji związków chemicznych w organizmach żywych, w oparciu o pomiary elektryczne.
W działaniach projektu zbudowany zostanie tytułowy Au-Minecraft, czyli system pozwalający na detekcję zmian sygnałów impedancyjnych w wyniku zmiany stopnia niejednorodności, wywołanego przez celowe i kontrolowane zaburzanie geometrii powierzchni sensora. Zadanie to możliwe będzie dzięki nowatorskiemu zastosowaniu nanostruktur złota, odpowiednio zmodyfikowanych powierzchniowo w celu identyfikacji związków chemicznych na zasadzie oddziaływań typu gospodarz-gość, mówi prof. Ryl.
Realizacja celu będzie przeprowadzona przez badanie procesów na nanokubach (nanocząstkach złota), które będą w różny sposób układały się na powierzchniach elektrody w zależności od przyłożonego pola elektrycznego, czy podczepionych związków biologicznych.
Samoorganizowanie się tych nanostruktur w wyniku przyłożenia pola elektrycznego czy występowania określonych oddziaływań międzycząsteczkowych pozwoli na znaczący wzrost czułości oraz selektywności detekcji sensora. System detekcji zostanie zweryfikowany w badaniach przeprowadzonych na związkach o różnej budowie strukturalnej, tj. wybranych białkach, enzymach i DNA, kontynuuje naukowiec.
Jakich efektów możemy się spodziewać z przeprowadzonych badań?
Bezpośrednim efektem pracy będzie opis mechanizmów przeniesienia elektronu, pozwalający na głębsze zrozumienie zachodzących na powierzchni sensora procesów.
Nasze wyniki przyczynią się do powstania nowego typu czujników elektrochemicznych, umożliwiających m.in. jednoczesną detekcję wielu substancji.
Na co mogę przełożyć się wyniki prac?
Pytanie w jakim horyzoncie czasowym. Czujniki elektrochemiczne mają szansę znacząco wpłynąć na rozwój diagnostyki medycznej, ale nie tylko (medycyna sądowa, detekcja związków wybuchowych).
Jednym z głównych problemów sensorów elektrochemicznych jest niska selektywność, polegająca na tym, że zareaguje on nie tylko na analit ale też inne związki, bardzo zbliżone pod kątem struktury chemicznej . W efekcie istnieje pewien odsetek prób fałszywie dodatnich.
Chcemy na to wpłynąć.
Zaproponowane podejście eksperymentalne bazuje na pomiarach impedancyjnych, optoelektrycznych, oraz z użyciem dedykowanych narzędzi mikroskopowych, wspartych modelowaniem molekularnym. Szerokie spektrum prowadzonych badań pozwoli na właściwe uwzględnienie kinetyki i mechanizmu badanych procesów na powierzchni sensora.
Na koniec warto wspomnieć też o drugim projekcie, którym się zajmuje się moja grupa, a mianowicie „Technologia addytywnego wytwarzania elektroaktywnych przestrzennych struktur z kompozytów polilaktydu wzmocnionego diamentem”.
W nim opracowywane są węglowe materiały kompozytowe, na bazie (PLA) – polilaktydu wzmacnianego nanocząstkami diamentu. Materiał posłuży do produkcji czujników elektrochemicznych z wykorzystaniem technologii druku 3D – FDM. Kompozyty będą posiadać cechy materiałów inteligentnych o własnościach modyfikowanych na skutek bodźców środowiskowych, kończy dr hab. Jacek Ryl, prof. PG.
Życzymy samych sukcesów!
