Od čičak trake do solarnih ćelija, mnoge tehnološke inovacije inspirisane su prirodom. U medicinskoj dijagnostici, istraživači takođe crpe inspiraciju iz bioloških principa. Istraživački tim sa Univerziteta u Frajburgu i INM—Lajbnic instituta za nove materijale u Sarbrikenu razvio je metode testiranja u kojima jednostavne LED diode mogu zameniti složene mehaničke pumpe. Ovi optotestovi ne samo da oponašaju ponašanje bioloških ćelija, već koriste i njihovo genetsko programiranje.
Brzi test SARS-CoV-2 pokazuje da li je određeni protein koronavirusa prisutan u tečnosti uzorka, reagensu ili ne. Test trudnoće radi na sličan način. Ovde, prisustvo hormona hCG izaziva boju testne linije.
U oba slučaja, koristi se test bočnog toka, test u kome bočni tok reagensa dovodi do prikaza rezultata. Ovo jednosmerno kretanje tečnosti na papiru je stvoreno isključivo kapilarnim silama, bez ikakve mehaničke ili električne pomoći.
Za složenije testove, ovaj metod detekcije nije prikladan. Ovde su potrebni testovi koji omogućavaju dvosmernu kontrolu tečnosti, što znači transport u i iz test sistema. Nažalost, ovi testovi u više koraka se oslanjaju na skupe pumpe koje su podložne habanju.
Ove pumpe više puta izbacuju nevezane molekule iz sistema, obezbeđujući da samo čestice koje se detektuju ostaju vezane za antitela za detekciju.
Istraživači sa Univerziteta u Frajburgu i INM-a pronašli su rešenje da omoguće složene dizajne testova bez potrebe za skupom i glomaznom opremom. U članku objavljenom u Science Advances, oni predstavljaju biološke testove u kojima su skupe i složene mehaničke pumpe zamenjene jednostavnim i jeftinim svetlećim diodama (LED).
Ovi OptoAssais omogućavaju dvosmerno, svetlom indukovano kretanje biomolekula i očitavanje rezultata testa bez potrebe za dodatnim koracima mehaničkog pranja.
OptoAssai koristi oblast pošiljaoca i prijemnika, koji se dovode u kontakt dodavanjem reagensa za testiranje. U oblasti pošiljaoca nalazi se poseban protein koji reaguje na svetlost. Ovaj protein može ili da vezuje ili oslobađa specifične molekule, u zavisnosti od vrste svetlosti koju hvata.
Kada LED emituje crveno svetlo na talasnoj dužini od 660 nanometara, molekuli se vezuju za protein. Nakon prelaska na daleko crveno svetlo sa talasnom dužinom od 740 nanometara, molekuli se odvajaju od proteina. U zoni prijemnika nalaze se antitela posebno dizajnirana da prepoznaju i uhvate ciljni protein u test reagensu.
Istraživači su inspiraciju za ovu metodu crpili iz prirode, posebno iz načina na koji biljke reaguju na svetlost. Svaka ćelija ima jezgro u kome se čuva njen genetski kod. DNK sadrži ćelijski „program“, koji daje uputstva ćeliji šta da radi. Da bi aktivirali ili deaktivirali ovaj program, određeni proteini moraju da se kreću u jezgro i izađu iz njega.
Prof. Vilfrid Veber, sintetički biolog i naučni direktor INM, objašnjava mehanizam: „U citoplazmi, oblasti koja okružuje jezgro, postoji fotoreceptor koji se može kontrolisati svetlošću. Kada dobije crveno svetlo, on se aktivira i vezuje se za vezujući protein.
„Ovaj vezujući protein zatim transportuje fotoreceptor zajedno sa njim u jezgro, gde bi mogao da pokrene, na primer, program rasta. Kada se talasna dužina svetlosti prebaci u daleko crvenu, ovo vezivanje se ponovo prekida.“
Međutim, veza sa prirodom nije samo kroz sam metod. Fotoreceptori u OptoAssai-u, koji oslobađaju reagense, napravljeni su od prirodnih materijala, za razliku od pumpi koje se obično koriste u OptoAssai-u.
Geni koji sadrže informacije za fotoreceptor u biljnim ćelijama se ekstrahuju iz biljke i ubacuju u bakterije. Ove bakterije zatim proizvode fotoreceptor i vezujući protein, koji se koriste u OptoAssai-u. Kao rezultat toga, prvobitno mehaničke komponente su zamenjene prirodno održivim materijalima.
Istraživači vide veliki potencijal za upotrebu OptoAssais-a u dijagnostici na mestu nege, što znači van laboratorije, slično kao i testovima bočnog protoka.
Dr Can Dincer sa Univerziteta u Frajburgu objašnjava: „OptoAssais se lako može kontrolisati i očitati pomoću pametnih telefona i mogli bi, u budućnosti, učiniti nepotrebnim spoljne sisteme za kontrolu protoka, kao što su pumpe i uređaji za čitanje signala. Dakle, oni utiru put za novi dijagnostički alati koji omogućavaju isplative i jednostavne analize direktno na licu mesta, čak i u okruženjima sa ograničenim resursima.“
