Этот проект был реализован в рамках Synergy Grant BioQ с выделением 10,3 миллиона евро, которые ученые были награждены в декабре прошлого года Европейским исследовательским советом.«Стандартные анализы крови не обнаруживают — как и следовало ожидать — свободные ионы железа в крови, потому что свободное железо токсично и поэтому с трудом обнаруживается в крови», — объясняет профессор Таня Вейль, директор Института органической химии III.
Ульмский университет. Вместо этого эти методы основаны на определенных белках, которые отвечают за хранение и транспортировку железа. Один из этих белков — ферритин, который может содержать до 4500 магнитных ионов железа. Большинство стандартных тестов основаны на иммунологических методах и оценивают концентрацию железа косвенно на основе различных маркеров.
Однако результаты различных тестов могут привести к противоречивым результатам в некоторых клинических ситуациях.Ученые из Ульма разработали совершенно новый подход к обнаружению ферритина. Это потребовало сочетания нескольких новых идей.
Во-первых, каждый атом железа, связанный с ферритином, генерирует магнитное поле, но, поскольку их всего 4500, общее магнитное поле, которое они создают, действительно очень мало, и поэтому его трудно измерить. Это действительно поставило перед командой вторую задачу: разработать метод, достаточно чувствительный для обнаружения таких слабых магнитных полей. Этого они достигли, используя совершенно новую инновационную технологию, основанную на крошечных искусственных алмазах нанометрового размера.
Важно отметить, что эти алмазы не идеальны — бесцветны и прозрачны — но содержат дефекты решетки, которые оптически активны и, таким образом, придают цвет алмазов.«Эти центры окраски позволяют нам измерять ориентацию электронных спинов во внешних полях и, таким образом, измерять их силу», — объясняет профессор Федор Железко, директор Ульмского института квантовой оптики. В-третьих, команде нужно было найти способ адсорбировать ферритин на поверхности алмаза. «Этого мы достигли с помощью электростатических взаимодействий между крошечными частицами алмаза и ферритиновыми белками», — добавляет Вейл.
Наконец, «Теоретическое моделирование было необходимо для обеспечения того, чтобы измеренный сигнал действительно соответствовал присутствию ферритина и, таким образом, для проверки метода», — заявляет Мартин Пленио, директор Института теоретической физики. В планы на будущее команды Ulm входит точное определение количества белков ферритина и средней нагрузки железа в отдельных белках.Демонстрация этого инновационного метода, описанная в Nano Letters, представляет собой первый шаг к достижению целей недавно присужденного гранта BioQ Synergy Grant. В центре внимания этого проекта — исследование квантовых свойств в биологии и создание самоорганизующихся алмазных структур.
«Таким образом, алмазные сенсоры можно применять в биологии и медицине», — говорят ученые Ульма. Но у их нового изобретения есть свои пределы. «Съели ли дети шпинат, невозможно определить с помощью алмазного датчика, это все еще прерогатива родителей», — признается квантовый физик Пленио.