Påvisning af bakterier med fluorescerende nanosensorer

Forskere fra Bochum, Göttingen, Duisburg og Köln har udviklet en ny metode til at påvise bakterier og infektioner. De bruger fluorescerende nanosensorer til at spore patogener hurtigere og nemmere end med etablerede metoder. Et team ledet af professor Sebastian Kruß, tidligere ved universitetet i Göttingen, nu på Ruhr-Universität Bochum (RUB), beskriver resultaterne i journalen Naturkommunikation , offentliggjort online den 25. november 2020.

Traditionelle metoder til påvisning af bakterier kræver, at der tages vævsprøver og analyseres. Sebastian Kruß og hans team håber at eliminere behovet for at tage prøver ved at bruge bittesmå optiske sensorer til at visualisere patogener direkte på infektionsstedet.

Fluorescensændringer i tilstedeværelsen af ​​bakterielle molekyler

Sensorerne er baseret på modificerede kulstofnanorør med en diameter på mindre end en nanometer. Hvis de bestråles med synligt lys, de udsender lys i det nær-infrarøde område (bølgelængde på 1, 000 nanometer og mere), som ikke er synligt for mennesker. Fluorescensadfærden ændrer sig, når nanorørene kolliderer med visse molekyler i deres miljø. Da bakterier udskiller en karakteristisk blanding af molekyler, det lys, som sensorerne udsender, kan således indikere tilstedeværelsen af ​​visse patogener. I det aktuelle papir, forskerholdet beskriver sensorer, der opdager og differentierer skadelige patogener, der er forbundet med, for eksempel, implantatinfektioner.

"Det faktum, at sensorerne arbejder i det nær-infrarøde område, er særligt relevant for optisk billeddannelse, fordi der i dette område er langt færre baggrundssignaler, der kan ødelægge resultaterne, " siger Sebastian Kruß, der leder Functional Interfaces and Biosystems Group på RUB og er medlem af Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence (Resolv). Da lys med denne bølgelængde trænger dybere ind i menneskeligt væv end synligt lys, dette kan gøre det muligt for bakteriesensorer at udlæse selv under sårforbindinger eller på implantater.

Yderligere anvendelsesområder er tænkelige

"I fremtiden, dette kunne udgøre grundlaget for optisk detektion af infektioner på intelligente implantater, da prøveudtagning ikke længere ville være nødvendig. Det ville således gøre det muligt at opdage helingsprocessen eller en mulig infektion hurtigt, resulterer i forbedret patientbehandling, " siger Robert Nißler, hovedforfatter af undersøgelsen fra universitetet i Göttingen. "De mulige anvendelsesområder er ikke begrænset til dette, " tilføjer Kruß. "F.eks. forbedret hurtig diagnosticering af blodkulturer i forbindelse med sepsis er også tænkelig i fremtiden."

Ud over forskere fra Fysisk Kemi II ved Ruhr-Universität Bochum og Instituttet for Fysisk Kemi ved Universitetet i Göttingen, undersøgelsen involverede også hold fra medicinsk mikrobiologi ved University Medical Center Göttingen, Universitetshospitalet Köln og Fraunhofer-instituttet for mikroelektroniske kredsløb og systemer i Duisburg.