Биоактивная бумага - это датчик на бумажной основе, который может определять различные загрязнители в продуктах питания и воде. Исследования в области биоактивной бумаги, впервые разработанные в 2009 году, продолжаются, и в 2011 году был предоставлен пятилетний грант на общую сумму 7,5 миллионов канадских долларов. [1] Он был разработан на уровне стадии биосенсора , что означает, что он может обнаруживать пестициды [2], но еще не способен отталкивать и дезактивировать токсины. Однако его способность обнаруживать потенциальные опасности находит применение для здоровья и безопасности человека. [3] Преимущества биоактивной бумаги заключаются в том, что она проста, портативна, одноразова и недорога. [4]
Разработка
Биоактивная бумага была разработана канадской сетью Sentinel Bioactive Paper Network, консорциумом исследователей, представителей промышленности и университетов, партнеров и студентов. [1] Сеть размещена в Университете Макмастера в Гамильтоне, Онтарио, и возглавляется доктором Робертом Пелтоном, научным директором, и доктором Джорджем Розенбергом, управляющим директором .
Джон Бреннан и его исследовательская группа из Университета Макмастера разработали метод создания биоактивной бумаги путем нанесения на структуру бумаги биосенсоров для обнаружения загрязняющих веществ, основанных на комбинациях антител , ферментов , аптамеров или бактериофагов . [1] Эти комбинации затем прикрепляются к патогенам и другим загрязнителям, что приводит к обнаруживаемой реакции. Биологически активные химические вещества находятся в форме «чернил», которые могут быть напечатаны, покрыты или импрегнированы на или в бумагу с использованием существующих процессов изготовления бумаги и высокоскоростной печати. Эти чернила покрыты разными слоями. Чернила похожи на те, что содержатся в обычном компьютерном картридже , но содержат специальные добавки, которые делают их биосовместимыми .
Он состоит из биосовместимых наночастиц диоксида кремния , которые сначала наносятся на бумагу, а затем наносятся другие чернила, содержащие фермент. В результате био-чернил образует тонкую пленку фермента, которая удерживается в диоксиде кремния на бумаге. [5] Когда бумага подвергается воздействию токсинов, молекулы чернил меняют цвет в зависимости от количества токсинов в образце.
Хотя биоактивная бумага пока недоступна для широкой публики, она приближается к коммерциализации. Биоактивная бумага также имеет хороший срок хранения . Исследователи заявили, что при правильном хранении полоску можно эффективно использовать в течение как минимум двух месяцев.
Приложения
Одно из текущих применений биоактивной бумаги может быть применено к биотерроризму и безопасности пищевых продуктов , поскольку она может обнаруживать ацетилхолинэстеразу или нервно-паралитический агент . [3] Благодаря этому прогрессу биоактивная бумага стала продуктом, интересным для военной и упаковочной промышленности. [3] Несмотря на то, что предпринимаются усилия по развитию большего числа применений биоактивной бумаги, в настоящее время существуют четыре основных области использования и исследований биоактивной бумаги: бумажный биоанализ или бумажные аналитические устройства для кондиционирования образцов; обнаружение патогенов для мониторинга качества пищевых продуктов и воды. ; контрафакция и контрафакция в упаковочной и строительной отраслях; и дезактивация патогенных бактерий с помощью антимикробной бумаги. [5]
Болезни пищевого происхождения
Приблизительно 76 миллионов болезней пищевого происхождения происходят каждый в Соединенных Штатах, что составляет более 325 000 госпитализаций и 5 000 смертей [Mead et al., 1999]. Большинство этих болезней вызывается Campylobacter , Salmonella , Escherichia coli O157: H7 и Listeria monocytogenes . В результате ежегодные медицинские расходы, связанные с этими патогенами, в настоящее время превышают 7 миллиардов долларов США. Просвещение потребителей в сочетании с надежным и простым обнаружением патогенов в пищевых продуктах предлагает лучший метод значительного снижения частоты возникновения этих заболеваний.
Самая последняя разработка связана с возможностью обнаруживать пестициды в продуктах питания даже после их мытья. Это нововведение является преимуществом для развивающихся стран, которые могут использовать запрещенные пестициды в своей еде, потому что они дешевле.
Загрязнение воды
В развивающихся странах вода часто сомнительного качества, что вынуждает местное население пробовать элементарные системы фильтрации, такие как использование антисанитарной ткани в тщетной попытке создать питьевую воду. Очевидно, что этот метод ненадежен, и его результаты редко бывают безопасными для употребления, особенно после наводнений и других стихийных бедствий . Подумайте о преимуществах биоактивной бумажной полоски, которая при погружении в небольшие емкости с водой может удалить патогены и дать пользователю цветную индикацию того, что вода безопасна для использования.
Здравоохранение
Другое возможное использование биоактивной бумаги включает создание масок для лица, которые защищают медицинских работников, активно связывая вирусы и прикрепляя их к поверхности фильтра, что препятствует их прохождению через поры фильтра.
Упаковка
Поскольку с его помощью можно легко проверить определенные компоненты, есть интерес к использованию биоактивной бумаги в упаковочной промышленности. В частности, компании рассматривают биоактивную бумагу как способ обнаружения подделок или фальсификации. [4] Другие применения включают обнаружение микробов или возможные противомикробные свойства. [4]
Рекомендации
- ^ a b c «Исследования биоактивной бумаги получают дополнительное финансирование для разработки биоактивной бумаги» . PaperMoney . 2011-03-01 . Проверено 1 марта 2018 .
- ^ Каврук, Мурат; Озалп, Вели Дженгиз; Октем, Хусейн Авни (2013). «Портативный биоактивный датчик на бумажной основе для количественного определения пестицидов» . Журнал аналитических методов в химии . 2013 : 1–8. DOI : 10.1155 / 2013/932946 . PMC 3736481 . PMID 23971002 .
- ^ а б в Пелтон, Роберт (2009). «Биоактивная бумага обеспечивает недорогую платформу для диагностики» . Тенденции TrAC в аналитической химии . 28 (8): 925–942. DOI : 10.1016 / j.trac.2009.05.005 . PMC 7127295 . PMID 32287534 .
- ^ а б в Конг, Фаньчжи; Ху, Йим Фан (2012). «Методы иммобилизации биомолекул для производства биоактивной бумаги». Аналитическая и биоаналитическая химия . 403 (1): 7–13. DOI : 10.1007 / s00216-012-5821-1 . PMID 22367243 . S2CID 25919168 .
- ^ а б Чжао, Чжэнъян; Тиан, Цзюньфэй; У, Чжансюн; Лю, Цзянь; Чжао, Дунъюань; Шэнь, Вэй; Он, Личжун (28 августа 2013 г.). «Повышение ферментативной стабильности биоактивной бумаги путем имплантации мезопористых наностержней кремнезема с иммобилизованными ферментами в бумагу». Журнал Materials Chemistry B . 1 (37): 4719–4722. DOI : 10.1039 / c3tb20953a . ISSN 2050-7518 . PMID 32261154 .
- Хоссейн, СМЗ; Luckham RE; Смит, AM; Леберт, JM; Дэвис, Л. М.; Pelton, R .; Филипе, CDM; Бреннан, JD «Разработка биоактивного датчика бумаги для обнаружения нейротоксинов с использованием пьезоэлектрического струйной печати из золь-гель производных bioinks.» Анальный. Chem., 2009, в печати.
- Jabrane, T.; Dube M .; Mangin, PJ «Иммобилизация бактериофагов на поверхности бумаги: эффект катионного предварительного покрытия». На 95-м ежегодном собрании PAPTAC, Монреаль, 2009 г .; pp 311–315.
- Пелтон, Р. «Биоактивная бумага - недорогая платформа для диагностики». Тенденции Анал. Chem. 2009, чтобы появиться.
- Чжао, Вашингтон; Али, ММ; Агирре, SD; Брук, Массачусетс; Ли, Ю.Ф. «Биологические анализы на бумаге с использованием колориметрических зондов с наночастицами золота». Анальный. Chem., 2008, 80 (22): 8431-8437.
- Zhao, W .; Брук, Массачусетс; Ли, Ю.Ф. «Разработка колориметрических биосенсорных тестов на основе наночастиц золота». ChemBioChem, 2008, 9 (15), 2363-2371.
- Zhao, W .; Chiuman, W .; Lam JCF; Mcmanus, SA; Chen, W .; Cui, Y; Pelton, R .; Брук, Массачусетс; Ли, Ю. «Сворачивание аптамеров ДНК на наночастицах золота: от коллоидной химии до биосенсоров». Варенье. Chem., 2008, 130 (11): 3610-3618.