Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano.
Сегодня для их определения используются главным образом два метода:
При подаче электрического напряжения через пору проходит поток ионов, создающий стабильный электрический ток. Когда молекула микроцистина проходит через канал или взаимодействует с ним, она кратковременно изменяет величину тока. Каждое соединение формирует собственный характерный электрический «отпечаток», позволяющий определить его тип.
В лабораторных испытаниях исследователи смогли надежно различить семь различных конгенеров микроцистинов без применения сложных алгоритмов машинного обучения.
После предварительной фильтрации исследователи успешно различили два близких по структуре микроцистина, добавленных в воду Женевского озера в концентрациях, характерных для интенсивного цветения цианобактерий.
В образцах воды из озера Лугано, собранных во время реального цветения, сенсор обнаружил и количественно определил один из наиболее распространенных токсинов — MC-LR. Измеренная концентрация составила 12,7 нМ, что практически совпало с результатом анализа методом LC-MS/MS (13,1 нМ).
Это позволило обнаруживать MC-LR при концентрациях всего 25 пикомолей, что примерно в 40 раз ниже предварительного рекомендуемого ВОЗ уровня 1 нМ для длительного содержания токсина в питьевой воде.
Такая чувствительность открывает возможность раннего обнаружения загрязнения еще до достижения опасных концентраций.
Однако компактные размеры нанопорных сенсоров и возможность регистрации электрических сигналов в режиме реального времени делают их перспективной основой для создания портативных приборов непрерывного мониторинга качества воды.
В дальнейшем исследователи планируют адаптировать платформу для обнаружения других цианотоксинов и различных низкомолекулярных загрязнителей окружающей среды.
Развитием и коммерциализацией технологии займется создаваемый стартап CYnANO, основанный первым автором исследования Алиссой Агеровой.
Источник: https://actu.epfl.ch/news/a-tiny-pore-identifies-cyanobacteria-toxins-in-lak/
Альтернатива дорогостоящим лабораторным методам
Цветение цианобактерий представляет серьезную угрозу для качества питьевой воды, водных экосистем и здоровья человека. Во время массового размножения бактерии выделяют микроцистины — семейство токсинов, включающее более 300 структурных вариантов (конгенеров), отличающихся химическим строением и биологическим действием.Сегодня для их определения используются главным образом два метода:
- ИФА (ELISA) — быстрый и чувствительный, но плохо различающий отдельные конгенеры;
- жидкостная хроматография с тандемной масс-спектрометрией (LC-MS/MS) — высокоточный метод, требующий дорогостоящего оборудования, квалифицированного персонала и длительной подготовки проб.
Как работает нанопора
В основе устройства лежит белок аэролизин, который формирует в тонкой мембране нанопору диаметром около 1 нм.При подаче электрического напряжения через пору проходит поток ионов, создающий стабильный электрический ток. Когда молекула микроцистина проходит через канал или взаимодействует с ним, она кратковременно изменяет величину тока. Каждое соединение формирует собственный характерный электрический «отпечаток», позволяющий определить его тип.
В лабораторных испытаниях исследователи смогли надежно различить семь различных конгенеров микроцистинов без применения сложных алгоритмов машинного обучения.
Испытания на воде из швейцарских озер
Эффективность сенсора была проверена на природных образцах воды из Женевского и Луганского озер.После предварительной фильтрации исследователи успешно различили два близких по структуре микроцистина, добавленных в воду Женевского озера в концентрациях, характерных для интенсивного цветения цианобактерий.
В образцах воды из озера Лугано, собранных во время реального цветения, сенсор обнаружил и количественно определил один из наиболее распространенных токсинов — MC-LR. Измеренная концентрация составила 12,7 нМ, что практически совпало с результатом анализа методом LC-MS/MS (13,1 нМ).
Чувствительность значительно выше рекомендаций ВОЗ
Дополнительно ученые повысили чувствительность системы, создав градиент концентрации соли по обе стороны нанопоры.Это позволило обнаруживать MC-LR при концентрациях всего 25 пикомолей, что примерно в 40 раз ниже предварительного рекомендуемого ВОЗ уровня 1 нМ для длительного содержания токсина в питьевой воде.
Такая чувствительность открывает возможность раннего обнаружения загрязнения еще до достижения опасных концентраций.
Перспективы портативного мониторинга
Пока технология требует предварительной подготовки образцов — фильтрации и корректировки солевого состава воды, поэтому она еще не готова к использованию вне лаборатории.Однако компактные размеры нанопорных сенсоров и возможность регистрации электрических сигналов в режиме реального времени делают их перспективной основой для создания портативных приборов непрерывного мониторинга качества воды.
В дальнейшем исследователи планируют адаптировать платформу для обнаружения других цианотоксинов и различных низкомолекулярных загрязнителей окружающей среды.
Развитием и коммерциализацией технологии займется создаваемый стартап CYnANO, основанный первым автором исследования Алиссой Агеровой.
Источник: https://actu.epfl.ch/news/a-tiny-pore-identifies-cyanobacteria-toxins-in-lak/
Если вам понравился материал, кликните значок — вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал —не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
