Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

ERC

PLASMAQUO — Wynik w skrócie

Project ID: 267867
Źródło dofinansowania: FP7-IDEAS-ERC
Kraj: Hiszpania
Dziedzina: Zdrowie, Badania podstawowe

Niedrogie, elastyczne podłoża dla procesu wykrywania nanoplazmonicznego

Finansowani z funduszy UE badacze uczestniczący w projekcie PLASMAQUO opracowali nową metodę wizualizacji komunikacji chemicznej w populacjach mikroorganizmów. Może ona przyczynić się do stworzenia nowych terapeutycznych strategii zwalczania bakterii, znajdując zastosowanie w branży biomedycznej.
Niedrogie, elastyczne podłoża dla procesu wykrywania nanoplazmonicznego
Dzięki wyjątkowej umiejętności skupiania światła na poziomie nanometrowym nanostruktury plazmoniczne odegrały istotną rolę w rozwoju nanotechnologii, znajdując zastosowanie w szerokim wachlarzu rozwiązań służących detekcji. „Kontrolowana adsorpcja nanocząsteczek plazmonicznych na wybranych podłożach stanowi kluczowy proces w produkcji urządzeń nanoplazmonicznych, w których nanocząsteczki wzmacniają działanie pól elektromagnetycznych, aby poprawić wydajność urządzenia” – twierdzi Luis Liz-Marzán, koordynator finansowanego z funduszy unijnych projektu PLASMAQUO.

Celem inicjatywy PLASMAQUO było opracowanie materiałów nanostrukturalnych opartych na plazmonicznych nanocząsteczkach złota, które pełniłyby rolę ultraczułego podłoża umożliwiającego wykrywanie procesów komunikacji pomiędzy żywymi komórkami. „W szczególności skupiliśmy się na obserwowanym u bakterii zjawisku komunikacji międzykomórkowej określanym mianem quorum sensing [przyp. tłum. „wyczuwanie liczebności”]. Polega ono na produkcji, uwalnianiu, a następnie wykrywaniu niewielkich cząstek sygnalizujących, które pozwalają bakteriom na monitorowanie lokalnych warunków środowiskowych i gęstości populacji” – wyjaśnia Liz-Marzán

Zgodnie z obecną wiedzą, mechanizm quorum sensing reguluje u bakterii szeroki wachlarz procesów fizjologicznych, włączając w to wirulencję oraz powstawanie biofilmów, które w świecie mikroorganizmów stanowią najskuteczniejszą metodę kolonizacji. „Ponieważ zdolność do wyczuwania liczebności i tworzenia biofilmów jest ściśle związana z patogenezą wielu przewlekłych chorób zakaźnych, takich jak zapalenie płuc w przebiegu mukowiscydozy, konieczne jest opracowanie nowych strategii nieinwazyjnej analizy mechanizmów quorum sensing w żywych populacjach bakterii” – twierdzi Liz-Marzán. „Wizualizacja tego rodzaju komunikacji chemicznej w populacjach mikroorganizmów pozwoli zgłębić naszą wiedzę o jej funkcjach, a także może przyczynić się do stworzenia nowych terapeutycznych strategii zwalczania bakterii, znajdując zastosowanie w branży biomedycznej”.

Poza granice obecnej wiedzy

Zespół projektowy zastosował technikę powierzchniowo wzmocnionej spektroskopii Ramana (SERS), która polega na tworzeniu silnych pól elektrycznych na powierzchni nanocząsteczek metalu poprzez wykorzystanie światła laserowego w warunkach rezonansu plazmonów powierzchniowych. Jednak w związku z nieuniknionymi ograniczeniami tej metody precyzyjna detekcja w złożonych nośnikach biologicznych wciąż stanowi duże wyzwanie ze względu na szum tła generowany przez inne organizmy oraz niespecyficzną adsorpcję biocząsteczek, która może utrudnić interakcje molekuł z powierzchnią spełniającą wymogi SERS.

Aby rozwiązać te problemy, naukowcy biorący udział w projekcie PLASMAQUO przygotowali nanostrukturalne podłoża plazmoniczne, które stanowią platformę do hodowli kultur bakterii oraz wykrywania wydzielonych w kierunku czujnika plazmonicznego cząstek sygnalizujących – in-situ i bez konieczności użycia znaczników. W celu uniknięcia zanieczyszczenia czujnika optycznego innymi biocząsteczkami obecnymi na nośniku kultur bakterii, opracowano cechujące się zgodnością komórkową materiały hybrydowe zbudowane z komponentu plazmonicznego umieszczonego w porowatej matrycy. Materiały te pełnią funkcję molekularnego sita, które ogranicza proces dyfuzji w kierunku nanocząsteczek metali.

„Osiągnięcia inicjatywy PLASMAQUO wykraczają poza obecny stan wiedzy w dziedzinie syntezy nanocząsteczek koloidalnych, badań nad zachowaniem fazowym w układach koloidalnych i wykorzystania mechanizmów SERS do opracowywania nowych, wysoce wydajnych nanocząsteczek plazmonicznych” – twierdzi Liz-Marzán.

Torując drogę

W ramach projektu naukowcy zaprezentowali właściwości szerokiego wachlarza specjalnie zaprojektowanych materiałów plazmonicznych służących do wykrywania i obrazowania mechanizmów quorum sensing w biofilmach oportunistycznego ludzkiego patogenu znanego pod nazwą pałeczki ropy błękitnej. Liz-Marzán uważa, że osiągnięcia inicjatywy utorowały drogę do wdrożenia czujników plazmonicznych w wielu różnych dziedzinach. Na przykład mogą one zostać wykorzystane w implantach, cewnikach i wyrobach medycznych do implantacji w celu nieinwazyjnego monitorowania potencjalnego zakażenia. „Biorąc pod uwagę odporność biofilmu bakteryjnego na działanie chemicznych środków czyszczących, czujniki plazmoniczne odegrają znaczącą rolę w różnych gałęziach przemysłu” – dodaje Liz-Marzán. „Zastosowanie tych urządzeń do celu wykrywania in-situ za pomocą przenośnych spektrometrów Ramana mogłoby umożliwić wczesne wykrywanie bakterii i wspierać proces ich zwalczania”.

Powiązane informacje

Słowa kluczowe

PLASMAQUO, SERS, plazmoniczny, podłoża nanostrukturalne, strategia zwalczania bakterii
Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę