Цинкові наночастинки та смартфон допоможуть виявити жовтяницю в немовлят

Хіміки створили наночастинки цинку, здатні зв’язуватися з навіть дуже невеликою кількістю білірубіну, який викликає жовтяницю в немовлят. Їх можна виявляти за допомогою звичайного смартфона. Вони допоможуть ще до появи серйозних симптомів діагностувати жовтяницю в немовлят, яка може спричиняти ранню смертність, і надавати необхідну допомогу. Дослідження опублікували в журналі Analytical Chemistry.

Здорове немовля (зліва) та дитина з жовтяницею (справа). Birth Injury Guide

Навіщо використовувати для виявлення білірубіну саме наночастинки?

Білірубін, який утворюється внаслідок розпаду гемоглобіну після смерті еритроцитів, зазвичай знаходиться у плазмі крові в концентрації до 10 мілімолів. За концентрації до 32 мілімолів симптоми жовтяниці, як пожовтіння очних білків і шкіри, ще не проявляються, але білірубін вже може нашкодити дитині, проникаючи у нервову систему.

Тому необхідно виявляти білірубін ще тоді, коли його концентрація злегка перевищує норму. Кандидатом для виявлення таких невеликих змін у концентрації є наночастинки, які під час зв’язування з якоюсь сполукою змінюють свій рівень флуоресценції, тобто світіння у відповідь на поглинання світла. Тому дослідники з Інституту фізики в Хефеї розробили наночастинки, здатні зв’язуватися з білірубіном.

Наскільки точним виявився метод з використанням наночастинок?

Вибір науковців упав саме на наночастинки, які поглинають світло з більшою довжиною хвилі, а випромінюють з меншою — зазвичай флуоресцентні матеріали роблять навпаки. Такі наночастинки володіють мінімальною фоновою флуоресценцією, тобто не заважають визначати цільову сполуку, але це є і їхнім недоліком, адже їх важко визначати у невеликій концентрації. Тому дослідники створили нанокристали з йонами цинку, у яких енергія після потрапляння на них світла передавалася краще, тому рівень флуоресценції був вищим.

Принцип роботи наночастинок: у незв'язаному стані вони можуть випромінювати зелене та червоне світло, коли їх додатково модифікували — лише червоне, а після зв'язування з білірубіном — знову зелене. Zhang Lanpeng

Далі такі нанокристали поєднали з йонами заліза та сульфосаліциловою кислотою — так вони заблокували світіння наночастинок до зв’язування з білірубіном. Коли ж наночастинки входили в контакт з білірубіном у розчині, то починали світитися зеленим світлом. При цьому вони реагували на концентрацію білірубіну всього трохи більше ніж 20 наномолів, тобто у 500 тисяч разів меншу, ніж нормальна концентрація білірубіну у крові.

Дослідники також створили портативний сенсор для виявлення білірубіну, надрукувавши наночастинки на 3D-принтері та під’єднавши невеликий пристрій для вловлювання їхнього світіння до телефона. За допомогою функції розпізнавання кольорів у смартфоні науковці визначили рівень світіння цих наночастинок і розрахували за ними концентрацію білірубіну в зразку.

Як використовуватимуть сенсори білірубіну?

Створення такого чутливого сенсора білірубіну в поєднанні з його простим використанням за допомогою смартфона допоможе швидко та зручно спостерігати за змінами рівня білірубіну в крові немовлят. Крім того, оскільки збільшення кількості білірубіну часто свідчить про порушення роботи печінки, такий сенсор також може допомогти відстежувати свій стан людям з хронічними захворюваннями печінки.

• Наночастинки можуть допомогти з виявленням не лише дитячої жовтяниці, але й раку. Дослідники створили такі наночастинки, які здатні накопичуватися в пухлинах і вказувати на їх розташування.
• А наночастинки, які хворим треба вдихати, вкажуть на рак легень. Взаємодіючи з речовинами, які активно виробляють пухлини, ці наночастинки вивільняють в сечу маркери раку, які можна виявити за допомогою аналізу.