Forskare från Bochum, Göttingen, Duisburg och Köln har utvecklat en ny metod för att upptäcka bakterier och infektioner. De använder fluorescerande nanosensorer för att spåra patogener snabbare och lättare än med etablerade metoder. Ett team ledd av professor Sebastian Kruß, tidigare vid universitetet i Göttingen, nu vid Ruhr-Universität Bochum (RUB), beskriver resultaten i journalen Naturkommunikation , publicerades online den 25 november 2020.

Traditionella metoder för att upptäcka bakterier kräver att vävnadsprover tas och analyseras. Sebastian Kruß och hans team hoppas kunna eliminera behovet av att ta prover genom att använda små optiska sensorer för att visualisera patogener direkt på infektionsplatsen.

Fluorescensförändringar i närvaro av bakteriemolekyler

Sensorerna är baserade på modifierade kolnanorör med en diameter på mindre än en nanometer. Om de bestrålas med synligt ljus, de avger ljus i det nära-infraröda området (våglängd 1, 000 nanometer och mer), som inte är synligt för människor. Fluorescensbeteendet förändras när nanorören kolliderar med vissa molekyler i deras miljö. Eftersom bakterier utsöndrar en karakteristisk blandning av molekyler, ljuset som sänds ut av sensorerna kan alltså indikera förekomsten av vissa patogener. I den aktuella tidningen, forskargruppen beskriver sensorer som upptäcker och särskiljer skadliga patogener som är associerade med, till exempel, implantatinfektioner.

"Det faktum att sensorerna fungerar i det nära-infraröda området är särskilt relevant för optisk bildbehandling, eftersom det inom detta intervall finns mycket färre bakgrundssignaler som kan korrumpera resultaten, säger Sebastian Kruß, som leder Functional Interfaces and Biosystems Group vid RUB och är medlem i Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence (Resolv). Eftersom ljus med denna våglängd tränger djupare in i mänsklig vävnad än synligt ljus, detta kan göra det möjligt för bakteriesensorer att läsa av även under sårförband eller på implantat.

Ytterligare användningsområden är tänkbara

"I framtiden, detta skulle kunna utgöra grunden för optisk detektering av infektioner på intelligenta implantat, eftersom provtagning inte längre skulle krävas. Det skulle således göra det möjligt att snabbt upptäcka läkningsprocessen eller en eventuell infektion, vilket resulterar i förbättrad patientvård, säger Robert Nißler, huvudförfattare till studien från universitetet i Göttingen. "De möjliga användningsområdena är inte begränsade till detta, " tillägger Kruß. "T.ex. förbättrad snabb diagnos av blododlingar i samband med sepsis är också tänkbar i framtiden."

Förutom forskare från fysikalisk kemi II vid Ruhr-Universität Bochum och Institutet för fysikalisk kemi vid universitetet i Göttingen, studien involverade också team från medicinsk mikrobiologi vid University Medical Center Göttingen, University Hospital Köln och Fraunhofer Institute for Microelectronic Circuits and Systems i Duisburg.