Szkodliwe bakterie mogą znajdować się w żywności, wodzie czy na powierzchniach, z którymi mamy kontakt każdego dnia. Problem polega na tym, że ich wykrywanie często wymaga skomplikowanych badań laboratoryjnych i wielu godzin oczekiwania na wynik. A gdyby można było zrobić to szybciej – nawet w czasie krótszym niż minuta?
Takie wyzwanie stawia sobie zespół kierowany przez dr hab. inż. Ilonę Piekarz, prof. AGH, pracownika Instytutu Elektroniki i członka Zespołu Techniki Mikrofalowej, w ramach projektu „Zastosowanie technologii wytwarzania addytywnego do selektywnej detekcji bakterii i tworzenia inteligentnych biosensorów mikrofalowych”, który uzyskał finansowanie w rozstrzygniętym ostatnio konkursie OPUS 30 Narodowego Centrum Nauki.
Prace będą realizowane przez interdyscyplinarny zespół z krajowych i zagranicznych ośrodków naukowych, w skład którego wchodzą dr hab. inż. Jakub Sorocki (AGH, Instytut Elektroniki), prof. AGH, prof. dr hab. inż. Sabina Górska z Instytutu Immunologii i Terapii Doświadczalnej im. Ludwika Hirszfelda Polskiej Akademii Nauk oraz dr Michał Cifra z Instytutu Fotoniki i Elektroniki Czeskiej Akademii Nauk.
Naukowcy planują opracowanie nowej generacji biosensorów mikrofalowych, które będą wykrywać bakterie na podstawie zmian wywoływanych przez ich oddziaływanie z falami elektromagnetycznymi. Komórki bakteryjne mają unikalne właściwości strukturalne i fizyczne, przez co oddziałują z polami elektromagnetycznymi w charakterystyczny sposób. Precyzyjny pomiar tych oddziaływań pozwala sensorowi wykrywać bakterie bez stosowania odczynników chemicznych, znaczników czy czasochłonnej obróbki próbki.
Jednym z najbardziej innowacyjnych elementów projektu jest wykorzystanie technologii addytywnych, w tym druku 3D, do precyzyjnego nanoszenia warstw odpowiedzialnych za wychwytywanie bakterii wyłącznie w najbardziej czułych obszarach sensora. Dzięki temu możliwe będzie znaczące zwiększenie skuteczności detekcji.
Badacze zastosują również syntetyczne receptory bakteryjne, tzw. polimery odciskowe (SIP). Materiały te projektuje się tak, aby odwzorowywały kształt i właściwości chemiczne konkretnych bakterii, działając jak „plastikowe przeciwciała”. Materiały te są trwałe, odporne na warunki środowiskowe i tańsze w produkcji niż ich biologiczne odpowiedniki, co otwiera drogę do zastosowań poza specjalistycznymi laboratoriami.
Kolejnym krokiem będzie połączenie biosensorów z układami mikroprzepływowymi i impulsowymi polami elektrycznymi, które będą aktywnie kierować komórki bakteryjne do najbardziej czułych stref pomiarowych. Takie podejście może skrócić czas wykrywania bakterii nawet do mniej niż jednej minuty.
Badania nad detekcją bakterii nie są pierwszym projektem prof. Piekarz związanym z technologiami sensorycznymi. W ramach finansowanego wcześniej projektu SONATA 19 rozwijane były mikrofalowe metody oceny jakości żywności oraz wykrywania substancji niebezpiecznych. Nowy grant przenosi te doświadczenia na inny obszar zastosowań – szybką i selektywną identyfikację bakterii z wykorzystaniem inteligentnych biosensorów.
Efektem projektu mają być prototypy szybkich, selektywnych i łatwych w użyciu biosensorów, które znajdą zastosowanie m.in. w diagnostyce medycznej, kontroli bezpieczeństwa żywności, monitoringu jakości wody oraz ochronie biologicznej. Łącząc inżynierię mikrofalową, technologie addytywne, mikroprzepływy i mikrobiologię, projekt otwiera nową ścieżkę rozwoju nowoczesnych systemów detekcji mikroorganizmów.
Gratulujemy sukcesu i życzymy owocnej realizacji projektu.
