Биоактивная бумага
 | В этой статье есть несколько проблем. Пожалуйста, помогите улучшить его или обсудите эти проблемы на странице обсуждения . ( Узнайте, как и когда удалять эти шаблонные сообщения )
|
Биоактивная бумага — это датчик на бумажной основе, который может идентифицировать различные загрязнения в продуктах питания и воде. Исследования биоактивной бумаги, впервые разработанные в 2009 году, продолжаются, и в 2011 году им был предоставлен пятилетний грант на общую сумму 7,5 миллионов канадских долларов. [1] Он был разработан на уровне биосенсора , что означает, что он может обнаруживать пестициды. [2] но еще не способен отталкивать и деактивировать токсины. Однако его способность обнаруживать потенциальные опасности имеет применение для человека . здоровья и безопасности [3] Преимущества биоактивной бумаги в том, что она проста, портативна, одноразовая и недорогая. [4]
Разработка
[ редактировать ]Биоактивная бумага была разработана канадской сетью Sentinel Bioactive Paper Network, консорциумом исследователей, промышленных и университетских специалистов, партнеров и студентов. [1] Сеть организована Университетом Макмастера в Гамильтоне, Онтарио , и ее возглавляют научный директор доктор Роберт Пелтон и управляющий директор доктор Джордж Розенберг .
Джон Бреннан и его исследовательская группа из Университета Макмастера разработали метод создания биоактивной бумаги путем печати биосенсоров, обнаруживающих примеси, которые основаны на комбинациях антител , ферментов , аптамеров или бактериофагов . на структуре бумаги [1] Эти комбинации затем прикрепляются к патогенам и другим загрязнителям, что приводит к заметному ответу. Биологически активные химические вещества имеют форму «чернил», которыми можно печатать, наносить покрытие или пропитывать бумагу с использованием существующих процессов изготовления бумаги и высокоскоростной печати. Эти чернила наносятся разными слоями. Чернила аналогичны тем, которые содержатся в обычном картридже для компьютерной печати , но содержат специальные добавки, которые делают их биосовместимыми .
Он состоит из биосовместимых наночастиц кремнезема , которые сначала наносятся на бумагу, а затем наносятся другие чернила, содержащие фермент. В результате биочернил образуется тонкая пленка фермента, которая удерживается кремнеземом на бумаге. [5] Когда бумага подвергается воздействию токсина, молекулы чернил меняют цвет в зависимости от количества токсинов в образце.
Хотя биоактивная бумага еще не доступна для широкой публики, она приближается к коммерциализации. Биоактивная бумага также имеет хороший срок хранения . Исследователи заявили, что полоску можно эффективно использовать в течение как минимум двух месяцев при правильном хранении.
Приложения
[ редактировать ]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, представляющим интерес для военной и упаковочной промышленности. [3] Несмотря на то, что предпринимаются усилия по разработке новых применений биоактивной бумаги, в настоящее время существует четыре основных области использования и исследований биоактивной бумаги: биоанализ на бумаге или аналитические устройства на бумажной основе для кондиционирования проб; обнаружение патогенов для мониторинга качества пищевых продуктов и воды; подделка и контрафакт в упаковочной и строительной отраслях; и дезактивация болезнетворных бактерий с помощью антимикробной бумаги. [5]
Пищевые заболевания
[ редактировать ]В Соединенных Штатах происходит около 76 миллионов заболеваний пищевого происхождения, на которые приходится более 325 000 госпитализаций и 5 000 смертей [Mead et al., 1999]. Большинство этих заболеваний вызывают 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. Обучение потребителей в сочетании с надежным и простым обнаружением патогенов в пищевых продуктах предлагает лучший метод значительного снижения частоты возникновения этих заболеваний.
Самая последняя разработка заключалась в возможности обнаруживать пестициды в продуктах питания даже после их мытья. Это нововведение принесет пользу развивающимся странам , которые могут использовать запрещенные пестициды в своих продуктах питания, потому что они дешевле.
Загрязнение воды
[ редактировать ]В развивающихся странах вода часто имеет сомнительное качество, что вынуждает местное население пробовать элементарные системы фильтрации, такие как использование антисанитарной ткани в тщетных попытках создать питьевую воду. Очевидно, что этот метод ненадежен, а 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 удалять болезнетворные микроорганизмы и давать пользователю цветовой индикатор того, что вода безопасна для использования.
Здравоохранение
[ редактировать ]Другое потенциальное использование биоактивной бумаги включает создание масок для лица, которые защищают медицинских работников, активно связывая вирусы и прикрепляя их к поверхности фильтра, что предотвращает их прохождение через поры фильтра.
Упаковка
[ редактировать ]Поскольку биоактивную бумагу можно легко проверить на наличие определенных компонентов, существует интерес к использованию биоактивной бумаги в упаковочной промышленности. В частности, компании рассматривают биоактивную бумагу как способ обнаружения подделок или фальсификации. [4] Другие области применения включают обнаружение микробов или возможные антимикробные свойства. [4]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с «Исследование биоактивной бумаги получает дополнительное финансирование для разработки биоактивной бумаги» . Бумажные деньги . 01.03.2011 . Проверено 01 марта 2018 г.
- ^ Каврук, Мурат; Озалп, Вели Ченгиз; Октем, Хусейн Авни (2013). «Портативный биоактивный бумажный датчик для количественного определения пестицидов» . Журнал аналитических методов в химии . 2013 : 1–8. дои : 10.1155/2013/932946 . ПМЦ 3736481 . ПМИД 23971002 .
- ^ Jump up to: а б с Пелтон, Роберт (2009). «Биоактивная бумага представляет собой недорогую платформу для диагностики» . TrAC Тенденции в аналитической химии . 28 (8): 925–942. дои : 10.1016/j.trac.2009.05.005 . ПМЦ 7127295 . ПМИД 32287534 .
- ^ Jump up to: а б с Конг, Фанжи; Ху, Йим Фан (2012). «Методы иммобилизации биомолекул для производства биоактивной бумаги». Аналитическая и биоаналитическая химия . 403 (1): 7–13. дои : 10.1007/s00216-012-5821-1 . ПМИД 22367243 . S2CID 25919168 .
- ^ Jump up to: а б Чжао, Чжэнъян; Тянь, Цзюньфэй; У, Чжансюн; Лю, Цзянь; Чжао, Дунъюань; Шен, Вэй; Хэ, Личжун (28 августа 2013 г.). «Повышение ферментативной стабильности биоактивной бумаги путем имплантации в бумагу иммобилизованных ферментом наностержней из мезопористого кремнезема». Журнал химии материалов Б. 1 (37): 4719–4722. дои : 10.1039/c3tb20953a . ISSN 2050-7518 . ПМИД 32261154 .
- Хоссейн, СМЗ; Лакхэм Р.Э.; Смит, AM; Леберт, Дж. М.; Дэвис, LM; Пелтон, Р.; Филипе, CDM; Бреннан, доктор медицинских наук «Разработка биоактивного бумажного датчика для обнаружения нейротоксинов с использованием пьезоэлектрической струйной печати золь -гель биочернил». Анальный. Chem., 2009, появится.
- Джабран Т.; Дубе М.; Манжен, П.Дж. «Иммобилизация бактериофагов на поверхности бумаги: влияние катионного предварительного слоя». На 95-м ежегодном собрании PAPTAC, Монреаль, 2009 г.; стр. 311–315.
- Пелтон Р. «Биоактивная бумага – недорогая платформа для диагностики». Тенденции анала. хим. 2009, появится.
- Чжао, Вашингтон; Али, ММ; Агирре, SD; Брук, Массачусетс; Ли, Ю.Ф. «Биоанализы на бумажной основе с использованием колориметрических зондов с наночастицами золота». Анальный. Chem., 2008, 80 (22): 8431-8437.
- Чжао, В.; Брук, Массачусетс; Ли, Ю. Ф. «Разработка колориметрических биосенсорных анализов на основе наночастиц золота». ХимБиоХим, 2008, 9 (15), 2363-2371.
- Чжао, В.; Чиуман, В.; Лам Дж.К.Ф.; Макманус, ЮАР; Чен, В.; Кюи, Ю; Пелтон, Р.; Брук, Массачусетс; Ли, Ю. «Складывание аптамера ДНК на наночастицах золота: от коллоидной химии к биосенсорам». Дж. Ам. Chem., 2008, 130 (11): 3610-3618.