Нанотехнологии - УрФО

Перейти на основной сайт
ИА ИНВУР Логотип Инновационного портала УрФО
Вы здесь: Главная // Аналитика

Шпинат и наноалмазы: новый метод определения уровня железа в крови

Добавлено: 2013-10-07, просмотров: 754



Уже несколько поколений родителей потчуют своих детей шпинатом. Увы, это растение не так богато железом, как думали раньше. Но никто не поспорит с тем, что железо – важнейший «ингредиент» здоровья человека. Недостаток железа (от недоедания) приводит к анемии, а повышенное содержаниеэтого металла в крови сигнализирует об опасном воспалительном процессе. Ученые из Ульмского университета (Германия) – специалист по экспериментальной физике Федор Железко (Fedor Jelezko), физик-теоретик Мартин Пленио (Martin Plenio) и химик Таня Вайль (Tanja Weil) разработали оригинальный биодатчик для измерения содержания железа в крови – на основе наноалмазов!

«Стандартные методы анализа не ухватывают – как можно было бы подумать – свободные ионы железа, так как свободное железо является токсичным и поэтому в крови почти неразличимо», – объясняет профессор Вайль. Эти методы опираются на определенные белки, отвечающие за хранения и транспортировку железа в организме. Один из них (ферритин) содержит до 4500 ионов трехвалентного железа на одну молекулу.

Так вот, стандартные методы используют иммунологические техники и дают приблизительную оценку концентрации железа – на основе различных маркеров. В некоторых ситуациях они могут давать противоречащие друг другу результаты.

Ульмские ученые предложили совершенно новый подход к обнаружению ферритина. У них появилось несколько интересных идей.

  • Во-первых, каждый связанный белком атом железа создает магнитное поле, но, поскольку атомов всего 4500, общее магнитное поле очень слабо и трудноизмеряемо.
  • Отсюда вторая сложность – как распознавать настолько слабые поля? Ответ таков – с помощью искусственных алмазов величиной в несколько нанометров. Эти алмазы далеки от совершенства, они прозрачны и бесцветны. Но зато дефекты их кристаллической решетки оптически активны, что и дает цвет наноалмазам.

«Эти центры окраски позволяют нам измерить ориентацию спинов электронов во внешних полях и таким образом измерить их силу», – объясняет профессор Железко. В-третьих, нужно было придумать, как адсорбировать ферритин на поверхности алмаза. «Этого мы добились с помощью электростатического взаимодействия между крошечными частицами алмазов и белками ферритина», – добавляет Вайль.

«Теоретическое моделирование – главное, благодаря чему мы удостоверились, что измеряемый сигнал на самом деле говорит о присутствии ферритина (то есть, что наш метод работает»), – заключает Пленио. В дальнейших планах ульмской группы – точное определение количества белков ферритина и вычисление среднего «груза» железа на белках.

Алмазные сенсоры найдут применение в биологии и медицине. Но у нового метода есть свои ограничения.

«Сьел ли ребенок свой шпинат, или нет – алмазный датчик не покажет. Это всё равно смогут выяснить только родители», – признается Пленио, директор Института теоретической физики при университете.

Данные исследования представлены в журнале NanoLetters.

Источник:

1. nauka21vek.ru