Электрохимический датчик выявит воспалительные процессы в организме | Новости науки
Казанские химики разработали сенсор, позволяющий быстро измерить уровень аминокислоты L-цистеина в крови. Это вещество служит строительным блоком для сборки белков, и снижение его количества в организме указывает на развитие серьезных заболеваний, например, диабета, болезней Альцгеймера и Паркинсона.
В основе прибора лежит электрод, покрытый тонкой пленкой ионной жидкости, окисленная форма которой реагирует с L-цистеином и меняет сигнал сенсора, выступая таким образом в роли «датчика» присутствия этой аминокислоты в крови человека. В дальнейшем устройство сможет в полевых условиях измерять количество L-цистеина в крови по аналогии с глюкометром, который используют для самостоятельного определения уровня сахара в крови, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Аминокислота L-цистеин в организме человека служит компонентом синтеза самых разных белков. Кроме того, она выступает одним из маркеров состояния здоровья. Дело в том, что L-цистеин, наряду с некоторыми другими молекулами, препятствует разрушению и старению клеток. Поэтому от его количества зависит способность организма сопротивляться болезням и старению. Снижение уровня L-цистеина наблюдается при диабете, сердечно-сосудистых патологиях, болезнях Альцгеймера и Паркинсона, а также может указывать на хроническое воспаление и аутоиммунные нарушения.
В современной медицине для определения уровня L-цистеина в крови используют жидкостную хроматографию — метод, при котором все компоненты крови разделяют под высоким давлением. Однако такой подход требует много времени, квалифицированного персонала и условий стационарной лаборатории. Кроме того, прибор для хроматографии стоит дорого, поэтому ученые ищут более доступные альтернативы.
Химики из Казанского (Приволжского) федерального университета (Казань) разработали дешевый и быстрый сенсор для определения уровня L-цистеина в крови и пищевых добавках. Принцип его работы схож с электрокардиограммой: прибор регистрирует пики протекающего через него тока, по высоте которых можно определить количество L-цистеина в исследуемом образце.
В основе сенсора лежит ионная жидкость, которая в окисленной форме может реагировать с L-цистеином, меняя электрохимический сигнал и позволяя таким образом определять концентрацию аминокислоты. Авторы нанесли ее на электрод — стеклоуглеродный стержень, — после чего немного подсушили для образования тонкой пленки.
Чтобы протестировать датчик, химики приготовили образцы искусственной крови, в которые добавили разное количество L-цистеина. Покрытый пленкой ионной жидкости электрод погружали в раствор и подавали на него напряжение. Электрохимический анализатор, подключенный к электроду, показывал пики окисления. Чем больше L-цистеина было в образце, тем сильнее снижался пик ионной жидкости.
«Наш сенсор просто собрать в лаборатории и в полевых условиях (по аналогии с глюкометрами — компактными недорогими портативными приборами для самостоятельного измерения уровня сахара в крови в домашних условиях), а все материалы для него достаточно дешевы. С использованием одноразовых электродов, изготовленных с помощью трафаретной печати, предложенный метод можно масштабировать и применять вне медицинских учреждений», — отметил основной исполнитель проекта Юрий Кузин, кандидат химических наук, научный сотрудник Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета.
Разработанный авторами датчик позволил определить количество L-цистеина с высокой точностью в диапазоне концентраций, достаточном для медицинской диагностики. Кроме того, ученые доказали, что сенсор пригоден к использованию в присутствии молекул, схожих с L-цистеином по структуре и свойствам.
«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», — рассказал руководитель проекта Павел Падня, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Химического института имени А.М. Бутлерова Казанского федерального университета.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Electrochimica Acta.