Исследование было недавно опубликовано в Труды Национальной академии наук (PNAS).

Сегодняшний золотой стандарт тестирования на эндотоксины, распространенный тип амфифилов, которые могут загрязнять воду и вызывать тяжелые заболевания и смерть, требует использования соединений, содержащихся только в крови мечехвостов, что делает процесс дорогостоящим и неустойчивым. Более дешевые альтернативы недостаточно чувствительны для обнаружения амфифилов на значимых уровнях.

Новый тест, разработанный Джоанной Айзенберг, профессором материаловедения Эми Смит Берилсон и профессором химии и химической биологии в SEAS, и Сяогуан Ван, бывшим постдокторантом в лаборатории Айзенберга, а ныне доцентом химической и биомолекулярной инженерии в Университете штата Огайо, использует катящиеся капли на микроструктурированных поверхностях для обнаруживать амфифилы в сверхнизких концентрациях.

Исследовательская группа продемонстрировала методику определения уровней патогенных амфифильных эндотоксинов в воде, соединений, которые могут быть токсичными даже при чрезвычайно низких концентрациях.

Микроструктурированная поверхность состоит из тысяч круглых микропилляров, равномерно покрытых самосборными длиннохвостыми молекулами, создающими гладкую поверхность раздела без трения, за исключением краев микропилляров. Здесь в покрытии есть пробелы - как молекулярные выбоины. Когда капля скатывается по поверхности, если у нее нет амфифильных молекул, она попадет в выбоину и остановится, не в силах преодолеть трение неупорядоченного края.

Но капля с более высоким содержанием амфифилов будет продолжать катиться, потому что молекулы амфифилов будут совместно собираться с молекулами с длинным хвостом и заполнять промежутки на поверхности - подобно тому, как асфальтоукладчик выравнивает поверхность дороги. В случае эндотоксинов, когда амфифильные молекулы осаждаются на поверхности, они соединяются с другими амфифильными молекулами в капле, образуя все более крупные соединения, которые в конечном итоге замедляют и останавливают каплю. Место, где капля останавливается на поверхности, показывает вам, сколько выбоин она заделала, и, следовательно, концентрацию амфифилов.

"Наши поверхности обеспечивают быстрый и портативный метод обнаружения амфифилов в каплях, которые вы можете видеть невооруженным глазом", - сказал Айзенберг. "Никакие другие методы не позволяют обнаруживать на таких низких уровнях, которые мы наблюдаем в наших тестах, без использования дорогостоящего или сложного оборудования".

Исследователи также разработали модель для прогнозирования того, как различные амфифильные соединения в разных концентрациях будут взаимодействовать со структурированной поверхностью. Изменяя размер, форму и расстояние между столбами, а также молекулярное покрытие, поверхность можно настроить для обнаружения определенных типов амфифилов в определенных концентрациях.

"Наш метод широко применим к любому виду амфифилов", - сказал Ван. "С помощью этого общего метода мы уже обнаруживаем эндотоксины на уровнях, которые имеют отношение к тестированию качества воды, но тест также может быть дополнительно оптимизирован для обнаружения еще более низких концентраций".

Исследование было проведено в соавторстве с Юйсин Яо, Робертом К. А. Беннеттом, Ян Сюй, Адилем М. Ратером, Шуконг Ли, Тун Чун Чунг, Алишей Бханджи, Майклом Дж. Кредером и Дэном Дэниелом. Проект был поддержан Национальным научным фондом (NSF) через Научно-технический центр исследования материалов Гарвардского университета DMR-201154.