Nadajnik z zębów wykrywa bakterie

Tatuaż, który dotąd uchodził za formę zdobienia ciała, staje się w coraz większym stopniu narzędziem. Niedawno można było przeczytać o wibrujących tatuażach, zawiadamiających o nawiązaniu połączenia z telefonem komórkowym, teraz przyszła kolej na grafenowe tatuaże nazębne, wykrywające pojedyncze komórki bakteryjne w jamie ustnej.

Grafenowe czujniki zostały skonstruowane przez Mike'a McAlpine'a z Princeton University. By zachorować, trzeba zaledwie kilku bakterii, nic więc zatem dziwnego, że chcielibyśmy wykrywać je tak szybko, jak to tylko możliwe, najlepiej już w bardzo małych stężeniach.

W grafenie osadza się specjalnie zaprojektowane peptydy. Gdy "tatuaż" czy, jak kto woli, cieniutka naklejka wykryje bakterie, wysyła dane za pośrednictwem technologii RFID.

McAlpine podkreśla, że czułe grafenowe czujniki będzie można wykorzystać w strefach działań wojennych. Dzięki temu szybko, w dodatku zdalnie, diagnozowano by zakażenia ran. Wystarczyłoby stwierdzić, co i w jakich ilościach znajduje się w jamie ustnej. Poza tym taki tatuaż da się nadrukować na workach na płyny infuzyjne, co pozwala wykryć obecność lekoopornych bakterii, np. metycylinoopornego gronkowca złocistego (MRSA). Czujnik niekoniecznie musi znaleźć się na zębie, Amerykanie udowodnili bowiem, że po ostemplowaniu piersi kurzej można w ten sposób monitorować zdatność mięsa do spożycia.
Choć brzmi to dziwnie, McAlpine wysłał studentów na farmę po krowie zęby. Gdy w laboratorium jeden z nich chuchnął na wytatuowane trofeum, komputer wskazał, co wyodrębniono z wydychanego przez niego powietrza.

W czasie testów po umieszczeniu siatki grafenowej na cienkiej warstwie przezroczystego jedwabiu czujnik przenoszono na szereg substratów, w tym szkliwo, tkanki miękkie czy wspomniane wcześniej worki na płyny dożylne. Gdy tatuaż znajdował się już na zębie, obszar opłukiwano wodą (jedwab się w niej rozpuszczał). Dzięki oddziaływaniom van der Waalsa grafen doskonale trzymał się powierzchni.

W zastosowanych w czujnikach peptydach jeden z końców zawierał reszty aromatyczne, które wiązały się z grafenem. Drugi z końców utworzono z naturalnie występujących peptydów antydrobnoustrojowych (ang. antimicrobial peptides, AMP), wykazujących silne powinowactwo do 3 szczepów bakterii. Gdy AMP związały bakterie, naładowane regiony błony komórkowej patogenów wystawiały grafen na oddziaływanie słabego pola elektrycznego. Dzięki zewnętrznej antenie można było wychwycić zmiany przewodnictwa.

McAlpine porównuje AMP do przeciwciał, podkreśla jednak, że te pierwsze są o wiele bardziej wytrzymałe. Na razie tatuaż jest zbyt duży, by dało się go zastosować na ludzkich zębach. W najbliższej przyszłości zespół musi więc popracować nad miniaturyzacją.

grafen czujnik zęby szkliwo bakterie AMP peptydy antydrobnoustrojowe Mike McAlpine