Platforma wykryje bakterie E. coli

Tańsza, dająca mniej fałszywych wyników i w przyszłości do samodzielnego wydrukowania poza laboratorium. To mają być główne cechy platformy do wykrywania patogenów, w tym przypadku bakterii Escherichia coli pod kątem infekcji pęcherza moczowego we wczesnym stadium, nad którą pracować będą naukowcy z Gdańska i Karlsruhe. Badaniami finansowanymi przez NCN pokieruje dr hab. inż. Jacek Ryl, prof. PG.

W jaki sposób ograniczyć wyniki fałszywie dodatnie lub fałszywie ujemne w wyposażonych w biosensory elektrochemiczne testach do wykrywania patogenów? Jak zwiększyć funkcjonalność testów? To wyzwania, z jakimi mierzą się badacze z Politechniki Gdańskiej. Tym razem spróbują rozwiązać te problemy podczas badań nad modyfikacją biosensorów pod kątem bakterii uropatogennych Escherichia coli w kierunku identyfikacji wczesnych dróg zakażenia pęcherza moczowego (a w przyszłości także obecności tej bakterii w akwenach wodnych).

– Bakterie E. coli wybraliśmy, ponieważ ich właściwa identyfikacja i rozróżnienie szczepów patogennych jest trudne, a nawet w bardzo niewielkich ilościach mogą powodować groźne dla zdrowia infekcje – mówi prof. Jacek Ryl, kierownik projektu z Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej Politechniki Gdańskiej.

Tusz z drukarki i grafen

Naukowcy opracują platformę diagnostyczną (test), której sercem będą elektrody bazujące na materiałach węglowych.

– Przyświeca nam idea, że mają to być materiały, które mogą być wytwarzane przyrostowo. Najpopularniejszą technologią jest druk 3D, który pozwala na szybszą i tańszą produkcję, do tego poza laboratorium i na żądanie. Oznacza to, że w momencie, gdy zachodzi taka potrzeba, nie musimy zaczynać od budowy sensora, a możemy wytworzyć test samodzielnie. Chcemy odejść od materiałów zwyczajowo uznawanych za katalityczne w sensorach, jak złoto, pallad czy inne metale szlachetne. Wykorzystamy formy węgla, które można tworzyć przyrostowo, a są dużo tańsze. Są to po pierwsze tusze wykorzystywane w drukarkach, z tym, że w skali nano, z materiałami przewodzącymi, a po drugie indukowany laserowo grafen na modyfikowanym podłożu polimerowym lub celulozowym, czyli z papieru – tłumaczy prof. Ryl.

System ma być nie tylko tańszy, ale też bardziej funkcjonalny i kompaktowy. Cały układ zostanie zminiaturyzowany, co pozwoli na detekcję większej liczby czynników, i wyglądem będzie przypominać paski do glukometru.

Ponad 3 mln zł na projekt, w tym 1,9 mln zł dla PG

Polsko-niemiecki projekt „Technologia addytywna wielokanałowych impedancyjnych systemów biosensorycznych: laserowo wspomagana nanolitografia dla celowanego wykrywania bakterii” realizowany będzie przez naukowców z Zakładu Elektrochemii i Fizykochemii Powierzchni Wydziału Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej i grupę z Katedry Optoelektroniki z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki PG oraz badaczy z Instytutu Nanotechnologii z Karlsruhe Institute of Technology. Kierownikiem badań będzie prof. Michael Hirtz­­­. Dofinansowanie przyznane w ramach konkursu „Opus 26+LAP/Weave” z Narodowego Centrum Nauki opiewa na prawie 1,9 mln zł. Cały budżet projektu to ponad 3 mln zł. Pozostałą kwotę wyłoży niemiecki odpowiednik NCN.

Zespół z WTiMS zajmie się wytwarzaniem ścieżki drukowania tuszem i modyfikacją podłoża w kierunku patogenów. Grupa badawcza kierowana przez prof. Roberta Bogdanowicza z WETI będzie wspierała wytwarzanie podłoży grafenowych oraz zajmie się stroną elektroniczną czujników. Natomiast naukowcy z Niemiec wniosą swoje doświadczenie w obszarze technologii druku atramentowego w skali nano i technik nanolitografii.

Projekt realizowany jest na bazie rozwiązań wypracowanych w poprzednich projektach finansowanych przez NCN:

• „Sonata bis” – uzyskano nowy materiał dedykowany do druku i rozwinięto detekcję różnych związków chemicznych na drukowanych materiałach, złożono wniosek patentowy – zespół: prof. Jacek Ryl, prof. Krzysztof Formela, prof. Robert Bogdanowicz z PG i prof. Paweł Niedziałkowski z Uniwersytetu Gdańskiego,
• „Opus” – badania pozwoliły na rozwinięcie biosensorów, szczególnie E.coli, oraz sprzężenia narzędzi pomiarowych – impedancyjnych – z narzędziami uczenia maszynowego – zespół: prof. Jacek Ryl, prof. Robert Bogdanowicz z PG, prof. Grzegorz Węgrzyn, prof. Paweł Niedziałkowski z UG.

– Z kolei dzięki programowi „IDUB Einsteinum” udało się nam nawiązać współpracę z prof. Michaelem Hirtzem, a w ramach „Nobelium” przyjechał do nas dr Mohsen Khodadadi Yazdi [znajduje się w 2% najczęściej cytowanych naukowców – red.], dzięki czemu mogliśmy rozwinąć technologię grafityzacji za pomocą lasera (LIG – laser inducted graphene) – mówi prof. Ryl.

Rozwój sensorów dla diagnostyki

W Zakładzie Elektrochemii i Fizykochemii Powierzchni na WTIMS prof. Jacek Ryl zajmuje się szeroko rozumianą eleketrochemią powierzchni i procesami zachodzącymi na granicy faz ciało stałe/ciecz lub gaz w odniesieniu do elektrochemii, rozwojem sensorów elektrochemicznych dla diagnostyki medycznej i środowiskowej, oczyszczania wody i opisu mechanizmów korozji materiałów.

Źródło: Politechnika Gdańska

Czytaj także: Escherichia coli – patogen wszechobecny