Platforma wykryje bakterie E. coli. Nowy polsko-niemiecki projekt naukowców | Politechnika Gdańska

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 (E. 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.

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 – mówi prof. Jacek Ryl. – 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

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 opiewa na prawie 1,9 mln zł z NCN. 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) oraz 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 nam się nawiązać współpracę z prof. Michaelem Hirtzem, a w ramach Nobelium przyjechał do nas dr Mohsen Khodadadi Yazdi [znajduje się w 2 procentach najczęściej cytowanych naukowców – red.], dzięki czemu mogliśmy rozwinąć technologię grafityzacji za pomocą lasera (LIG – laser inducted graphene) – dodaje 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 elektrochemicznychdla diagnostyki medycznej i środowiskowej, oczyszczania wody i opisu mechanizmów korozji materiałów.