Ученые разработали жидкий светящийся сенсор для быстрого обнаружения антибиотиков в молоке. По чувствительности он не уступает более сложным и дорогим технологиям, благодаря чему может лечь в основу портативных систем для контроля безопасности продуктов питания на фермах и молочных заводах. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy.
Для лечения и профилактики бактериальных инфекций у коров широко используют антибиотики тетрациклиновой группы. Это молекулы, которые подавляют синтез белков в клетках бактерий, а потому останавливают их рост. Антибиотики от животных попадают в молоко, далее могут оказаться в организме человека, вызвав аллергические реакции и нарушив микрофлору кишечника. Из-за этого специалисты на фермах и молокозаводах контролируют содержание тетрациклинов в коровьем молоке. Существующие методы выявления этих молекул требуют дорогостоящего оборудования и сложной подготовки образцов. Из-за этого их не всегда удается использовать для быстрой и массовой проверки больших партий продукции. Поэтому ученые стремятся разработать простые, быстрые и недорогие аналоги.
Ученые из Воронежского государственного университета (Воронеж) создали сенсор для выявления тетрациклинов на основе нанокристаллов сульфида серебра. Это соединение выбрали благодаря его способности светиться под действием ультрафиолета.
Нанокристаллы авторы синтезировали в рамках простого водного синтеза, смешав растворы нитрата серебра и аминокислоту цистеин и выдержав смесь при повышенной температуре. Аминокислота закрепилась на поверхности нанокристаллов и выполняла роль «ловушки» для антибиотиков — она прочно связывалась с лекарством.
В результате исследователи получили раствор с нанокристаллами, который под действием ультрафиолета светится в ближнем инфракрасном диапазоне. Этот диапазон очень удобен потому, что в нем не возникает ложных сигналов, которые могли бы идти не от сенсора. Дело в том, что ультрафиолет возбуждает свечение также молока и антибиотиков, но в ином — видимом — диапазоне.
«Такое свечение принципиально отличает наш сенсор от существующих на сегодняшний день аналогов, которые светятся в видимом спектре. Молоко и молекулы тетрациклина под ультрафиолетом тоже испускают свечение в видимой области, из-за чего возникают ложные сигналы, и точность измерений падает. Наш сенсор светится там, где нет “посторонних” сигналов, и это гарантирует чистоту и достоверность оценки», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Тамара Кондратенко, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры оптики и спектроскопии Воронежского государственного университета.
Разработка очень проста в использовании: в небольшой образец раствора нужно капнуть сырое молоко и оценить свечение смеси с помощью прибора-спектрофотометра. Если в молоке содержатся антибиотики-тетрациклины, они свяжутся с нанокристаллами, и исходное свечение сенсора потускнеет. При этом, чем больше в растворе тетрациклина, тем слабее будет сигнал. Эта зависимость позволяет легко рассчитать концентрацию антибиотика в тестируемых образцах.
Авторы протестировали сенсор на образцах сырого молока, в которое добавили заранее известные количества тетрациклина. Эксперимент показал, что датчик способен улавливать концентрации антибиотика, сопоставимые с чувствительностью гораздо более сложных и дорогих методов. Благодаря этому разработка позволит упростить выявление этих препаратов при проверке качества молочной продукции.
«Важно отметить, что синтезировать раствор с нанокристаллами очень просто: весь процесс занимает около трех часов и не требует использования сложного оборудования. Это позволит легко масштабировать технологию и внедрить ее на производства. В будущем мы планируем распространить предложенную технологию на другие группы антибиотиков», — подводит итог Тамара Кондратенко.
***
Больше результатов исследований грантополучателей Российского научного фонда и актуальных новостей из мира науки доступны в социальных сетях РНФ Вконтакте и Телеграм. Подписывайтесь на канал РНФ в национальном мессенджере MAX.
