Złoty wynalazek polskich naukowców
Spektroskopia ramanowska, dotąd używana np. do mierzenia poziomu zanieczyszczeń w powietrzu i wodzie, może wykrywać przeciwciała we krwi chorych ludzi. Umożliwiające to płytki laboratoryjne wynaleźli naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN – poinformował instytut.
Uczeni z Warszawy liczą, że dzięki ich pracy, używana dotąd z powodzeniem w innych dziedzach technika wzmacnianej powierzchniowo spektroskopii ramanowskiej (Surface Enhanced Raman Spectroscopy – SERS), znajdzie zastosowanie w medycynie. „Brak podłoży o odpowiedniej nanostrukturze od trzech dekad uniemożliwiał stosowanie SERS w medycynie. Nam udało się tę przeszkodę wreszcie pokonać” – poinformował prof. Robert Hołyst z IChF PAN.
Chodzi o wywołanie tzw. efektu Ramana, czyli sytuacji, w której fotony zderzające się z konkretnymi cząsteczkami chemicznymi pobudzają je do emitowania własnych fotonów o znacznie większej energii. Pomiar tej energii pozwala precyzyjnie rozpoznać z jaką cząsteczką badacz ma do czynienia.
Jak wyjaśnił dr Antoni W. Szafrański z biura prasowego IChF PAN, zazwyczaj cząsteczka, na której zachodzi rozpraszanie wiązki światła, pochłania foton i natychmiast emituje inny, o tej samej energii – fizycy mówią wówczas o rozpraszaniu elastycznym lub Rayleigha. Zdarza się również niekiedy, że część energii fotonu zostanie przekazana w wibracje cząsteczki lub w jej ruch obrotowy. W takiej sytuacji foton wyemitowany przez cząsteczkę ma nieco mniejszą energię.
„Może zdarzyć się też sytuacja przeciwna: cząsteczka odda nieco energii emitowanemu fotonowi. W obu przypadkach rozpraszanie określa się jako ramanowskie, od nazwiska jego odkrywcy, indyjskiego fizyka i noblisty Venkata Ramana. Jest ono niezwykle rzadkim zjawiskiem: zaledwie jeden foton na dziesiątki milionów jest rozpraszany w ten sposób, co oznacza, że bardzo trudno go zarejestrować” – tłumaczył dr Szafrański.
Jednak, możliwe jest wzmocnienie efektu Ramana (inaczej zwanego rozpraszaniem nieelastycznym) poprzez umieszczenie badanej substancji na chropowatym metalowym podłożu. Jako pierwszy zaobserwował to zjawisko w 1974 roku brytyjski chemik Martin Fleischmann ze współpracownikami. Później okazało się, że wzmocnienie zachodzi też na podłożach ze złota, platyny i miedzi. Najistotniejsze w całym procesie jest właściwe ukształtowanie powierzchni. „Jeśli jest ona odpowiednio schropowacona, na ostrych krawędziach nierówności znacznie rośnie natężenie pola elektromagnetycznego. Z podobnego powodu wszelkie konstrukcje o kształcie iglic przyciągają pioruny” – wyjaśnił prof. Hołyst.
Cząsteczki osadzone na tak ukształtowanej powierzchni znajdują się w bardzo silnym polu elektromagnetycznym i znacznie częściej rozpraszają fotony w sposób nieelastyczny.
„Jako metoda analizy, wzmacniana powierzchniowo spektroskopia ramanowska jest wyjątkowo atrakcyjna, ponieważ pierwotny sygnał zostaje potężnie wzmocniony, zazwyczaj od miliona do miliarda razy. Tak wysoka czułość metody pozwala wykrywać nawet pojedyncze cząsteczki chemiczne” – podkreślił dr Szafrański.
W IChF PAN do wytworzenia złotych powierzchni wykorzystano podłoża z azotku galu (GaN), opracowane w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN. „Proces wytwarzania zaczyna się od wyprodukowania podłoża GaN zawierającego równomiernie rozłożone defekty strukturalne, czyli dyslokacje” – mówi prof. Jan Weyher z IWC PAN.
Powierzchnia GaN jest następnie poddawana fototrawieniu, które zachodzi wszędzie z wyjątkiem defektów. W rezultacie powstają pionowe kolumny o średnicach kilkudziesięciu nanometrów. Wskutek sił napięcia, swobodne końce sąsiednich nanokolumn łączą się ze sobą, tworząc struktury przypominające stogi na polach. Po tym etapie podłoża są przekazywane do Instytutu Chemii Fizycznej PAN, gdzie napyla się na nie cienką warstwę złota. Rezultatem procesu jest mała (ok. 0,5 na 0,5 cm), cieniutka płytka, która widziana gołym okiem wydaje się zupełnie gładka, ale tak naprawdę pokryta jest równomiernym gąszczem nanometrowych złotych stożków.
Aby na płytkach można było badać obecność przeciwciał w próbkach krwi, chemicy, w porozumieniu z lekarzami z Warszawskiego Uniwersytetu Medycznego zamierzają dobrać odpowiednie peptydy, które zostaną umieszczone w „dołkach” na powierzchni płytki. Peptydy te będą wiązać się z ewentualnymi przeciwciałami znajdującymi się we krwi. „Analizując widmo światła, emitowanego z naświetlonej odpowiednim laserem próbki będzie można określić które peptydy i w jaki sposób ulegają zmianie. Dzięki temu możliwe będzie precyzyjne wykrywanie kilku rodzajów przeciwciał” – tłumaczyła dr Agnieszka Michota-Kamińska z IChF PAN.
Dodała, że płytki możliwa będzie produkcja płytek przystosowanych do wykrywania konkretnych rodzajów przeciwciał.
Naukowcy zapewniają, że płytki przez nich wynalezione są nie tylko skuteczne, ale też trwałe i niedrogie (koszt jednej szacowany jest na ok. pięć euro). „Podłoża dotychczas dostępne na rynku wymagały wyjątkowo ostrożnego traktowania. Trzeba je było przechowywać w atmosferze azotu, nie wolno było dotykać, a mimo to po rozpakowaniu traciły zdolność wzmacniania w ciągu zaledwie godzin. Nasze podłoża można włożyć na kilka miesięcy do zwykłej szuflady i nadal będą nadawały się do użycia” – podkreśliła dr Michota-Kamińska.
Dr Michota Kamińska tłumaczyła ponadto, że płytki zaprojektowane w IChF nadają się do wielokrotnego użytku. Po wykorzystaniu, np. w szpitalnym laboratorium, będzie można je zwrócić do producenta. „My je oczyścimy i zregenerujemy” – powiedziała.
Strony: 1 2
Zaloguj się Logowanie