На днях наткнулся на свежую новость из лаборатории физиков и химиков, и, честно говоря, сразу вспомнил наши больничные реалии. Когда человек попадает в стационар с подозрением на синегнойную палочку, самое изматывающее — это ожидание. Врачам приходится брать мазок и ставить пробу на бактериологический посев в чашку Петри, а колония микробов растёт там от двух до трёх суток.
Ждать двое-трое суток при острой инфекции нельзя: пока лаборатория молчит, доктора вынуждены вслепую глушить организм тяжёлыми антибиотиками широкого спектра, надеясь угадать. И вот команда из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ вместе с химическим факультетом МГУ имени М. В. Ломоносова придумала, как сократить эту мучительную паузу с нескольких суток до считаных минут.
Золотые нанозвёзды в обычном стержне
Учёные создали особые чернила на основе наночастиц золота, которыми можно заправить обычный пишущий стержень от шариковой ручки. Вся эта механика работает на эффекте гигантского комбинационного рассеяния света, или сокращённо SERS.
Если бактерий в пробе мало, оптический отклик от их молекул слишком слабый — обычный прибор его просто не разглядит в шуме. Чтобы сделать сигнал громким и чётким, исследователи вырастили в растворе крошечные золотые звёздочки. Сначала синтезируют сферическое золотое ядро размером около 15 нанометров, а затем в растворе нитрата серебра и аскорбиновой кислоты на нём выращивают острые лучи-шипы длиной порядка 30 нанометров.
Эти острейшие шипы работают ровно как миниатюрные антенны в радиоприёмнике. Лазерный луч падает на нанозвёзды, электромагнитное поле концентрируется на самых кончиках шипов и усиливает оптический сигнал соседних молекул в миллионы раз. А дальше учёные залили этот коллоидный раствор прямо в пишущий стержень: провели линию по подложке — и сенсор готов без всяких центрифуг, стерильных боксов и сложных реактивов.
Как ловят химический след бактерии
Ловить саму микроскопическую клетку исследователи пока не стали — они настроили систему на поиск пиоцианина. Это особый пигмент и продукт жизнедеятельности, который выделяет синегнойная палочка (Pseudomonas aeruginosa). У этого пигмента есть свой уникальный «молекулярный отпечаток», который спектрометр мгновенно узнаёт по отражённому свету.
Группа авторов, среди которых Евгения Афонюшкина, Илья Завидовский и профессор Ирина Веселова, опробовала два рабочих варианта теста:
- Лабораторный вариант на бумаге: чернила наносят на специальную бумажную подложку, а сверху капают пробу жидкости. В таком режиме предел обнаружения пиоцианина составил 15 наномолей на литр.
- Полевой экспресс-мазок: образец берут обычным ватным тампоном, чернила наносят прямо на пробу и считывают спектр компактным переносным спектрометром. Здесь предел чувствительности составил 5 микромолей на литр.
Понятно, что портативный прибор в полевых условиях работает примерно на три порядка грубее, чем стационарная лабораторная установка. Но фокус в том, что у реальных пациентов при активном воспалении концентрация пиоцианина обычно держится на уровне от 47 до 100 микромолей на литр. Так что чувствительности даже компактного прибора хватает с солидным запасом.
Здравый скепсис: где границы разработки
Результаты работы российские учёные опубликовали в международном научном журнале Analytica Chimica Acta. Эксперименты выглядят впечатляюще, но давайте начистоту: это пока лабораторные демонстрационные образцы, а не готовая коробка в каждой аптеке.
Здесь важно не путать инженерный прототип с готовой больничной практикой:
- Это не волшебная домашняя ручка-тест: стержень с наночернилами нужен только для того, чтобы нанести сенсорный слой на образец. Сам результат расшифровывает оптический спектрометр, а не человеческий глаз по изменению цвета.
- Поиск пигмента, а не всей бактерии: система пока улавливает молекулы пиоцианина в мазках и смывах. Научить метод распознавать саму микробную клетку целиком и отличать другие виды бактерий авторам ещё только предстоит.
- Не анализ цельной крови: эксперименты проводили на лабораторных растворах, смывах и слюне, но не на цельной крови из вены. До клинических испытаний на пациентах технологию ещё нужно долго проверять и дорабатывать.
Что это даёт в сухом остатке
Синегнойная палочка — штука крайне неприятная и живучая, одна из самых коварных внутрибольничных инфекций, которая с лёгкостью вырабатывает устойчивость к стандартным лекарствам. Когда счёт идёт на часы, возможность подтвердить маркер заражения за несколько минут вместо трёх дней ожидания чашки Петри — это огромный шаг вперёд.
Врач сразу видит, с чем имеет дело, и может выбрать точечную схему, а не палить из всех орудий наугад. Ну а нам остаётся следить за развитием отечественной науки и помнить: если со здоровьем возникли реальные сложности, никакой самодеятельности устраивать не надо — нужно вовремя обращаться к проверенным специалистам.
Читайте также
Физики ЧелГУ создали лазерный прибор для очистки ран от налёта
Инструмент физиков ЧелГУ за счёт лазера и микропузырьков пара деликатно всасывает бактериальный налёт с ран, не повреждая здоровые клетки.
Ростех отправил в регионы первые 3,2 млн доз вакцин от гриппа
Разбираемся, почему старт поставок вакцин не означает открытие кабинетов уже завтра и как обновляют состав под новый сезон.
Маммография в Лисках нашла рак груди, который не прощупывался
Как плановый осмотр без жалоб запустил цепочку обследований в районной больнице и помог врачам вовремя найти скрытую опухоль.
Кости у театра в Изнике сохранили самый ранний след чумы в Анатолии
Спокойно разбираем раскопки византийского кладбища в Изнике и выясняем, как ученые ищут следы старинных эпидемий без домыслов и сенсаций.