Uniwersalne biofunkcjonalne membrany
W ramach projektu MEM-S (Bottom-up design and fabrication of industrial bio-inorganic nano-porous membranes with novel functionalities based on principles of protein self-assembly and biomineralization) naukowcy starali się połączyć te technologie w celu taniego wytwarzania biologiczno-nieorganicznych membran funkcjonalizowanych na skalę przemysłową. Przełomowe odkrycia naukowe dokonane w projekcie MEM-S umożliwiły opracowanie technologii warstwy powierzchniowej (S-layer), metod wytwarzania porowatej krzemionki i zastosowania biokatalizatorów oraz technik zol-żel w immobilizacji ważnych biocząsteczek. W ramach projektu MEM-S badano właściwą białkom warstwy S zdolność do samoistnego składania i uzyskiwania wysoce zorganizowanych struktur w membranie o określonej wielkości porów. Zastosowano enzym silikateinę, który odkłada krzemionkę nieorganiczną, aby wzmocnić membranę organiczną i zamknąć w niej ważne biocząsteczki. Przezroczysta optycznie macierz krzemionkowa i innowacyjne, cienkie filmy z tlenku tytanu wytworzono z użyciem silikatein lub w technologii zol-żel. Udało się immobilizować na tych powierzchniach biocząsteczki docelowe, na przykład enzymy (biokatalizatory) i przeciwciała (biologiczne czujniki umożliwiające wykrywanie patogenów, np. legionelli). Ważnym punktem przełomowym, osiągniętym przez naukowców w trakcie realizacji projektu, było na przykład utworzenie funkcjonalnych powierzchni z powłoką z warstwy S. Następnie opracowano prototyp funkcjonalnych membran oraz biosensorów na bazie enzymów i antygenów bakteryjnych. Wykorzystujące absorbancję układy detekcyjne opracowane w projekcie zostały użyte w wielu zadaniach, a otrzymaną w ten sposób platformę zastosowano jako zestaw demonstracyjny. Ponadto naukowcy wykazali słuszność koncepcji usuwania legionelli z wody pitnej przy użyciu zawierającej zintegrowany z membraną biosensor platformy o mikrositkach z funkcjonalnego azotku krzemu. Użycie platform z czujnikami w technologii rezonatorów mikropierścieniowych (MRR) poprawiło ich wydajność 10–100 krotnie. Podjęto również działania mające na celu rozpropagowanie osiągnięć projektu, w tym opublikowano ulotki, komunikaty w mediach i około 30 artykułów w czasopismach branżowych oraz zorganizowano prezentacje, szkoły letnie i warsztaty. Uczestnicy projektu MEM-S zostali też zwycięzcami krajowego konkursu "Niemcy – kraj pomysłów" w ramach inicjatywy "365 ośrodków". W celu ochrony własności intelektualnej złożono 10 wniosków o ochronę patentową i oceniono ich potencjał rynkowy. Partnerzy projektu wykorzystali te technologie do zastosowań komercyjnych w przetwarzaniu próbek w technologii mikrocieczowej i opracowywaniu mikromacierzy. Wśród wartych uwagi zastosowań są systemy typu lab-on-chip, w których chipy z biosensorami MRR w technologii TriPleX są wykorzystywane w oczyszczaniu wody, a mikro- i nanositka wykorzystywane są w przemyśle spożywczym. W przyszłości rozwiązania te mogą zostać wykorzystane na przykład w monitorowaniu środowiska, dostarczaniu leków, diagnostyce medycznej, produktach dentystycznych, implantach ortopedycznych i technologiach opartych na rekombinowanych silikateinach.
Słowa kluczowe
Biofunkcjonalizowane, warstwa S, porowata krzemionka, biokatalizator, zol-żel, silikateina, dwutlenek tytanu, bioczujnik, mikrosito, rezonator mikropierścieniowy
