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Jun 10, 2023

Setta

I ricercatori della Tufts School of Engineering hanno sviluppato un modo per rilevare batteri, tossine e sostanze chimiche pericolose nell'ambiente utilizzando un sensore biopolimerico che può essere stampato come inchiostro su un'ampia superficie

I ricercatori della Tufts School of Engineering hanno sviluppato un modo per rilevare batteri, tossine e sostanze chimiche pericolose nell'ambiente utilizzando un sensore in biopolimero che può essere stampato come inchiostro su un'ampia gamma di materiali, compresi oggetti indossabili come guanti, maschere o oggetti di uso quotidiano. vestiario. Può anche essere incorporato nei droni per rilevare i livelli di tracce di SARS-CoV-2 nell’aria, oppure potrebbe essere modificato per adattarsi a qualunque possa essere la prossima minaccia per la salute pubblica.

Il sensore, che si basa su proteine ​​progettate computazionalmente e fibroina della seta estratte dai bozzoli della falena della seta Bombyx Mori, può anche essere incorporato in pellicole, spugne e filtri o modellato come plastica per campionare e rilevare pericoli presenti nell'aria e nell'acqua, oppure utilizzato per segnalare infezioni o addirittura cancro nel nostro corpo.

Questi sensori rappresentano un grande passo avanti rispetto ad altri approcci alla misurazione di agenti patogeni o sostanze chimiche nell’ambiente, che spesso si basano su componenti biologici che si degradano rapidamente e richiedono un’accurata conservazione. Inoltre, i sensori non dipendono da componenti elettronici che possono essere difficili da integrare in materiali indossabili flessibili.

Per saperne di più ho intervistato due dei ricercatori, Fiorenzo Omenetto, Frank C. Doble professore di Ingegneria e direttore del Tufts Silklab, e Giusy Matzeu, ex professoressa di ricerca del Silklab.

“Il nostro metodo di rilevamento può monitorare in tempo reale ciò che sta accadendo nell'ambiente. Può anche rilevare ciò che può accadere nel corpo umano monitorando, in modo non invasivo, fluidi biologici come la saliva o il respiro”, ha affermato Matzeu.

Il componente attivo del sensore in biopolimero, sviluppato da David Baker, Henrietta e Aubrey Davis Endowed Professor in Biochimica presso l'Institute for Protein Design dell'Università di Washington, è un interruttore molecolare progettato utilizzando tecniche di dinamica molecolare e intelligenza artificiale. Questi interruttori molecolari sono costituiti da proteine ​​sintetiche che agiscono come una serratura e una chiave, in una gabbia, e sono sensibili a un particolare analita.

Quando un virus, una tossina o un'altra molecola bersaglio si avvicina, si lega all'interruttore e apre la gabbia. Un'altra parte dell'interruttore, una chiave molecolare, può quindi essere inserita nella serratura e la combinazione forma un enzima luciferasi completo, simile all'enzima che illumina le lucciole e le lucciole. L'intensità della luminescenza aumenta con i cambiamenti nella concentrazione della molecola bersaglio: l'analita.

Nel linguaggio più formale del loro articolo pubblicato nel numero del 9 dicembre 2022 di Advanced Materials: “Negli interruttori proteici progettati de novo, la funzione di rilevamento è fornita dalla sinergia di due componenti proteici progettati, lucCage e lucKey che possono passare da uno stato buio chiuso a uno stato luminescente aperto in presenza di un analita. La bioluminescenza della luciferasi risultante fornisce una lettura rapida, specifica e sensibile dell’associazione dell’interruttore lucCage-lucKey guidata dall’analita”.

L’interruttore molecolare è incorporato in una miscela di proteine ​​di derivazione naturale estratte dai bozzoli di seta, chiamate fibroina di seta. La fibroina della seta rigenerata (RSF) è il componente inattivo del sensore del biopolimero, ma ha caratteristiche uniche, tra cui la capacità di essere lavorata e prodotta utilizzando metodi sicuri a base d'acqua e una notevole versatilità per essere fabbricata in diversi formati, come pellicole, spugne e inchiostri facilmente trasferibili sulle superfici tramite stampanti commerciali. Inoltre, la fibroina della seta stabilizza l’interruttore molecolare e ne prolunga notevolmente la durata.

Sono stati eseguiti test di invecchiamento accelerato su spugne e pellicole sensibili conservate a 60 °C (140 °F) per quattro mesi e la loro reattività è stata analizzata dopo intervalli di tempo specifici. Nell'arco di quattro mesi, le prestazioni di rilevamento di questi formati (sia sensibilità che gamma dinamica) sono state preservate. Inoltre, è stata testata la stabilità delle spugne dopo essere state conservate per un anno a temperatura ambiente e si è riscontrato che erano ancora reattive.