Pastaruosius keletą metų itin didelį mokslininkų dėmesį traukia elektrocheminiai jutikliai, kuriuose reikšmingą darbą gali atlikti ir molekulių įspaudais modifikuoti polimerai (MIP), veikiantys tartum spynos ir atpažįstantys tik joms skirtus „raktus“ – molekules, žyminčias ligą, maisto kokybę ar kitokius parametrus. Ši technologija intensyviai vystoma ir Lietuvoje.
Dokt. Greta Pilvenytė, dr. Vilma Ratautaitė, prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičius, Fizinių ir technologijos mokslų centras (FTMC)
Visame pasaulyje stebimas augantis susidomėjimas elektrocheminiais jutikliais. Tai lemia tokie svarbūs jų privalumai, kaip palyginti paprasta ir greita analizė bei galimybė šiuos jutiklius gaminti mažus ir patogius naudoti. Sritys, kur jie potencialiai galėtų būti pritaikyti, yra aplinkosauga, maisto kokybės kontrolė, sveikatos priežiūra ir kitos.
Pastaruosius keletą metų itin didelį mokslininkų dėmesį traukia elektrocheminiai jutikliai, kuriuose reikšmingą darbą gali atlikti ir molekulių įspaudais modifikuoti polimerai (MIP), veikiantys tartum spynos ir atpažįstantys tik joms skirtus „raktus“ – molekules, žyminčias ligą, maisto kokybę ar kitokius parametrus.
Ši technologija intensyviai vystoma ir Lietuvoje: Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) Nanotechnologijų skyriaus mokslininkai jau yra nustatę, kad MIP gali būti perspektyvus būdas tiksliai ir jautriai aptikti dominančius junginius – ir tobulina jutiklius, kurie, viliamasi, netolimoje ateityje pravers net tokių sunkių ligų kaip vėžys ankstyvam nustatymui.
Kaip veikia naujos kartos jutikliai
Greta Pilvenytė (FTMC nuotrauka)
„Laboratoriniai tyrimai yra labai svarbūs ligų diagnostikai, kadangi sergant tam tikromis ligomis akivaizdžių požymių gali neatsirasti gana ilgą laiką. Tačiau liga galėtų būti aptikta remiantis laboratoriniais tyrimais pagal tam tikras konkrečiai ligai būdingas molekules, vadinamas biožymenimis. Kaip pavyzdį galima paminėti vėžį. Kuo ankstyvesnis šios ligos biožymenų aptikimas gali ženkliai padidinti sėkmingo gydymo ir išgyvenimo tikimybę“, – sako FTMC Nanotechnologijų skyriaus doktorantė Greta Pilvenytė.
Pasak jaunosios mokslininkės, biožymenys gali būti aptinkami navikuose, kraujyje, šlapime ar kitose biologinėse terpėse. Jų analizė suteikia vertingų įžvalgų apie įvairius vėžio biologijos ir pacientų priežiūros aspektus, prisideda prie tikslesnės diagnozės, geresnių gydymo rezultatų ir vėžio tyrimų pažangos. Tai skatina mokslininkus kurti inovatyvius jutiklius, kad pagerintų diagnostikos tikslumą bei jos prieinamumą visuomenei.
Kaip veikia minėtieji elektrocheminiai jutikliai su molekulių įspaudais modifikuotais polimerais?
„Polimeras yra didelė molekulė, sudaryta iš daugybės pasikartojančių mažų vienetų, vadinamų monomerais. Polimerai gali būti natūralūs, tokie kaip celiuliozė, arba sintetiniai, kaip polietilenas.
MIP projektavimas prasideda tikslinių cheminių junginių, dar vadinamų šablonais, parinkimu. Šablonais gali būti baltymai, peptidai ar nukleorūgštys. Polimerizacijos metu aplink juos vyksta monomero jungimas į ilgas grandines (polimerus). MIP sintetinami taip, kad būtų pritaikyti turėti atitinkančias molekulių įspaudų vietas, kurios ir užtikrina didelį giminingumą ir atrankumą įspaustai molekulei – taip, kaip vienas raktas yra tinkamas atrakinti tik jam skirtą spyną“, – pasakoja G. Pilvenytė.
Šis procesas atrodo taip:
(Molekulių įspaudais modifikuotų polimerų konstravimo schema. Pirmajame etape cheminio junginio-šablono molekulės įspaudžiamos į polimerą ant elektrodo (1). Kitame žingsnyje šios šablono molekulės išplaunamos ir polimere lieka įspaudai (2). Paskutinis žingsnis – nustatymas: molekulė, atitinkanti erdvinę įspaudo formą bei sudaranti specifinius ryšius su polimeru, įkrenta į įspaudo ertmę ir gaunamas analitinis signalas (3), o kitos molekulės į įspaudų ertmes nepatenka, todėl analitinis signalas neaptinkamas (4). Gretos Pilvenytės / FTMC iliustracija)
Pasak FTMC Nanotechnologijų skyriaus vadovo prof. habil. dr. Arūno Ramanavičiaus, tam, kad elektrocheminiai jutikliai veiktų veiksmingiau, jiems dažnai parenkami laidūs elektrai polimerai, tokie kaip polipirolas, polianilinas, 3,4-etilendioksitiofenas ir kiti:
„Šie polimerai pasirenkami dėl jų didesnio jautrumo ir geresnių elektrocheminių savybių (palyginti su elektrai nelaidžiais polimerais), todėl jie yra vertingi įrankiai įvairiose jutiklių srityse. Elektrodai papildomai gali būti kombinuojami su aukso arba kitomis nanodalelėmis, norint padidinti jutiklio jautrumą. Pagamintų jutiklių atrankumas tikslinei molekulei nustatomas tikrinant jutiklio atsaką į trukdančias panašias molekules.“
MIP pritaikymo galimybės
Kaip mokslininkams sekasi molekulinių „raktų“ ir „spynų“ technologiją pritaikyti vėžio tyrimams? Remiantis 2018–2021 m. pasaulio mokslo literatūros duomenimis, MIP pagrindu pagaminti elektrocheminiai jutikliai buvo kuriami prostatos, krūties, kiaušidžių ir kitų vėžio biožymenų nustatymui.
 Prof. habil. dr. Arūnas Ramanavičius (FTMC nuotrauka) |
|---|
„Šie naujos kartos jutikliai vis dar nėra plačiai taikomi kasdieninėje medicinos praktikoje, tačiau moksliniai tyrimai Lietuvoje ir pasaulyje yra toliau vykdomi“, – sako FTMC Nanotechnologijų skyriaus mokslininkė dr. Vilma Ratautaitė. Ji šiuo metu MIP jutiklių tyrimus atlieka su minėtąja G. Pilvenyte ir kitais doktorantais bei studentais – ir tiki šios technologijos nauda ateityje kiekvienam iš mūsų:
„Molekulių įspaudais modifikuotų polimerų galimybės mane keri nuo pat pirmos mano podoktorantūros stažuotės, įvykusios Vilniaus universitete beveik prieš penkiolika metų prof. habil. dr. A. Ramanavičiaus mokslinėje grupėje, darbo dienos.“
