Fluorescencyjne plastry pod oczy do nieinwazyjnego monitorowania chorób okulistycznych

Zespół badawczy prof. Jiang Changlong z Instytutu Fizyki Ciała Stałego Hefei, należącego do Chińskiej Akademii Nauk, opracował nieinwazyjny, noszony na skórze fluorescencyjny czujnik w formie plastra pod oko. Urządzenie zbudowane zostało z hydrożelu opartego na metaloorganicznych szkieletach Eu-Dy MOF (multi-emission metal organic framework gel), a następnie połączone z funkcją rozpoznawania barw w smartfonie. Całość umożliwia analizę i monitorowanie poziomu lizozymu w łzach.

Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Analytical Chemistry.

Lizozym jako biomarker chorób oczu

Lizozym, określany często mianem „naturalnego antybiotyku organizmu”, pełni kluczową rolę w ochronie oczu przed infekcjami. Jego stężenie w łzach stanowi istotny biomarker wielu chorób okulistycznych. Dotychczasowe metody oznaczania poziomu lizozymu bywały jednak inwazyjne lub wymagały skomplikowanej aparatury laboratoryjnej.

Nowa metoda fluorescencyjna

Badacze zaproponowali nową, nieinwazyjną technikę wizualnej detekcji fluorescencyjnej. Zintegrowane w plastrach sensorycznych sondy hydrożelowe Eu-Dy MOF pełnią rolę jednostek detekcyjnych. Płyn łzowy, wydzielany przez oczy, zbierany jest dzięki plasrom umieszczonym na skórze pod oczami. Wygenerowany pod wpływem promieniowania UV sygnał barwny z obszaru detekcyjnego jest następnie rejestrowany przez kamerę smartfona i analizowany przez oprogramowanie rozpoznające kolory.

Mechanizm „antenowy”

Naukowcy wskazują, że zastosowanie materiałów MOF wynika z tzw. efektu antenowego. Organiczne ligandy w strukturze MOF pochłaniają energię świetlną, którą przekazują jonom lantanowców, takim jak Eu³⁺ i Dy³⁺. Jony te emitują następnie widzialną fluorescencję. Tak efektywny transfer energii czyni hydrożele MOF idealnym materiałem do czułej detekcji optycznej.

Czułość i specyfika detekcji

W obecności lizozymu hydrożel Eu-Dy MOF tworzy kompleksy z białkiem, prowadząc do wygaszania fluorescencji niebieskiej poprzez mechanizm wygaszania statycznego i lokalnego transferu elektronów. System wykazał granicę detekcji na poziomie 1,5 nanomola, co potwierdza jego wyjątkową czułość w monitorowaniu w czasie rzeczywistym.

Potencjał kliniczny

„Nasze odkrycie ma ogromny potencjał w nieinwazyjnej detekcji lizozymu w łzach. Może przyczynić się do szerokiego zastosowania funkcjonalizowanych fluorescencyjnych sensorów MOF w monitorowaniu zdrowia osobistego, wczesnym ostrzeganiu o chorobach, diagnostyce i leczeniu” – podkreślił prof. Changlong Jiang.

Źródło: Hefei Institutes of Physical Science, Chinese Academy of Sciences