GreenTech-BG

Българският сайт за зелени технологии

Биосензори от коприна

December 23, 2008

silk-cocoons
Как един несложен процес превръща копринените пашкули в оптични устройства с приложение в медицината.

Копринените пашкули, които пристигат в кутии от Япония в оптичната лаборатория на Tufts University ще имат много по-различна съдба от своите събратя, попаднали в текстилните фабрики. Те няма да се превърнат в завеси или дрехи, изключително здравите влакна ще послужат като основа за създаването на сензори и други медицински приспособления.
omenetto

Биоинженерът Fiorenzo Omenetto, техният създател, се надява с тяхна помощ да бъде наблюдаван процесът на зарастване след хирургични операции или да се мониторира протичането на хронични заболявания като диабета.

Omenetto осъзнава потенциала на коприната в съвместната си работа с David Kaplan – ръководител на Tufts’s biomedical-engineering department. Kaplan изаботва от копринените протеини биосъвместими тъканни и роговични импланти.

Копринените протеини са най-здравите известни до сега природни белтъци, като същевременно се понасят от организма много добре, което ги прави изключително предпочитани от биоинженерите.

Omenetto е физик по образование и веднага вижда потенциала на коприната за оптични приложения, доколкото тя се използва успешно за изработване на изкуствена роговица. В някои случаи неговите копринени оптични устройства дори превъзхождат подобни, изработени от пластмаса или стъкло. Но за разлика от тях коприната се обработва при ниски температури и без участието на агресивни химически реагенти.

Поради „щадящите” условия, в които се изработват, в копринените оптични устройства могат да се включат различни други активни белтъчни молекули. Те могат да действат като биосензори и веднъж вградени в копринената решетка да остават активни за години.

В създаваните от Omenetto и Kaplan устройства, включените биосензорни молекули се свързват с различните таргетни молекули /например кислород или някакъв бактериален белтък/ и когато това се случи, се променя цветът на светлината, излъчвана от сензора.

cocoons-in-a-salt-solutions

Omenetto ползва пашкулите на копринената буба от вида Bombyx mori. Те се изваряват в разтвор на натриев карбонат, при което се отстранява серицина – гликопротеин, който слепва нишките, за да образуват пашкула, но е причина за имунна реакция от човешкия организъм. След изсушаването на копринените нишки, те се потапят в разтвор на литиев бромид, после се подлагат на диализа, при което се отстраняват солите и остава чист разтвор на копринен фиброин.

silk-solution

На този етап вече могат да се добавят специфичните за различните сензори молекули – на практика всякакви реактивни белтъчни молекули – хемоглобин, ензими като пероксидаза или хексокиназа.

Оптичните сензори се изработват в наномащаб – тъй като светлината взаимодейства най-добре в размери, близки до дължината на вълните и – в порядъка 400 до 700 нанометра.
Нано сензори с вградени антитела и ензими биха могли да мониторират на практика всяка интересна за медицината или науката молекула в организма. Биоинженерният екип предвижда създаването не само на лабораторни, но и на медицински сензори с реално бъдещо приложение в медицинската практика.

ready-devices

Например едно възможно приложение е имплантирането на копринени оптични влакна, които да пренасят светлина от повърхността на кожата до имплантирани сензори и обратно, които да се свържат с фотодетектори. Вграждането им по време на хирургично отстраняване на тумори например би помогнало да се следи как се възстановяват тъканите и дали няма признаци за повторни новообразувания.

Сензорите биха могли да се вграждат при имплантация на структури, създадени по биоинженерен път и да се следи как се приемат от организма, като след това безболезнено за организма се разграждат.

Сензорите на бъдещето според Omenetto ще имат далеч по-ярки цветове от сегашните прототипи, които ще могат да се виждат с просто око. Това ще стане като се ползва наготово „технологията”, наблюдавана при пеперудата morpho butterfly. Нейният блестящ син цвят не се дължи на пигменти, а на начина, по който светлината взаимодейства с белтъчните нишки, покриващи крилете и. Според учените знанията и технологиите за това са налични, остава единствено да се създадат подходящите приспособления.

По материали от януарския брой на MIT Technology Review

Видео демонстрация на технологията

Био на автора: Севдалина Пеева:
Публикувам в Greentech-BG от февруари 2008 с фокус зелени технологии и иновативни решения, които ще помогнат да живеем в един по-чист свят.
Теми: biomedical-engineering, биосензори, инженерни предизвикателства, иновативен дизайн, иновативност, Нови материали, протеини

  1. Симеон Бешков
    07 Jan 09
    3:58 pm

    Като президент на Акционерно дружество „Българска коприна“ и Съюз на бубохранителите в България Ви благодаря за изключително ценната информация за използване на естествената коприна в съвсем ново направление – медицината.
    Бихме искали да установим връзка с авторите на тези опити. Готови сме да финансираме внедряването на техни открития и у нас.

    Очакваме отговор от Вас.
    С уважение: президент на ТКБК АД – С. Бешков

  2. Севдалина Пеева
    07 Jan 09
    4:27 pm

    На тяхната страница има пълни данни:
    http://ase.tufts.edu/biomedical/
    Надявам се да сме Ви били полезни, а също така да ни информирате екслузивно, ако в бъдеще имате съвместни разработки с екипа на професор Каплан и професор Оменето!

Добавете коментар

XHTML: You can use these tags: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>