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Jul 13, 2023

シルク

タフツ工学大学院の研究者は、広範囲にインクのように印刷できるバイオポリマーセンサーを使用して、環境中の細菌、毒素、危険な化学物質を検出する方法を開発しました。

タフツ工科大学の研究者らは、手袋、マスク、日用品などの着用可能なアイテムを含む幅広い素材にインクのように印刷できるバイオポリマーセンサーを使用して、環境中の細菌、毒素、危険な化学物質を検出する方法を開発しました。衣類。 ドローンに組み込んで空中浮遊の微量の SARS-CoV-2 を感知することもできるし、次の公衆衛生上の脅威が何であれそれに適応するように改造することもできる。

このセンサーは、カイコガのカイコガの繭から抽出されたタンパク質とシルクフィブロインに基づいてコンピュータで設計されており、フィルム、スポンジ、フィルターに埋め込んだり、プラスチックのように成形して空気中や水中の危険をサンプリングして検出したりすることもできます。私たちの体内の感染症やガンさえも知らせるために使用されます。

これらのセンサーは、環境中の病原体や化学物質を測定する他のアプローチから大きく進歩しています。これらのアプローチは、多くの場合、急速に劣化し、注意深い保管が必要な生物学的成分に依存しています。 また、センサーは、柔軟なウェアラブル素材に統合するのが難しい電子コンポーネントに依存しません。

これについて詳しく知るために、私は研究者のうちの 2 人、フランク C. ドーブル工学教授でタフツ シルクラボ所長のフィオレンツォ オメネット氏と、シルクラボの元研究教授であるジュジー マゼウ氏にインタビューしました。

「私たちのセンシング方法は、環境で何が起こっているかをリアルタイムで監視できます。 また、唾液や呼気などの体液を非侵襲的な方法で監視することで、人体に何が起こるかを検出することもできます」とマゼウ氏は述べた。

ワシントン大学タンパク質設計研究所のデビッド・ベイカー氏、ヘンリエッタ氏、オーブリー・デイビス生化学寄附教授によって開発された生体高分子センサーのアクティブコンポーネントは、分子動力学技術と人工知能を使用して設計された分子スイッチです。 これらの分子スイッチは、ケージ内で鍵と鍵のように機能する合成タンパク質で作られており、特定の分析物に敏感です。

ウイルス、毒素、その他の標的分子が近づくと、スイッチに結合してケージが開きます。 次に、スイッチの別の部分である分子キーが錠にはめ込まれ、その組み合わせにより、ホタルやツチボタルを光らせる酵素と同様の、完全なルシフェラーゼ酵素が形成されます。 ルミネッセンスの強度は、ターゲット分子、つまり分析物の濃度の変化とともに増加します。

Advanced Materials 誌の 2022 年 12 月 9 日号に掲載された論文のより正式な表現では、「新たに設計されたタンパク質スイッチでは、感知機能は 2 つの設計されたタンパク質コンポーネント、lucCage と lucKey の相乗効果によって提供されます。検体の存在下で、閉じた暗状態から開いた発光状態に切り替わります。 結果として生じるルシフェラーゼ生物発光は、分析物によるlucCage-lucKeyスイッチの結合を迅速かつ特異的かつ高感度に読み出すことができます。」

分子グロースイッチは、シルクフィブロインと呼ばれる、シルク繭から抽出された天然由来のタンパク質の混合物に埋め込まれています。 再生シルクフィブロイン (RSF) は、バイオポリマーセンサーの不活性成分ですが、安全な水ベースの方法を使用して加工および製造できる機能や、次のようなさまざまな形式に製造できる驚くべき多用途性など、独自の特徴を備えています。フィルム、スポンジ、インクは市販のプリンターで簡単に表面に転写できます。 さらに、シルクフィブロインは分子スイッチを安定化し、保存期間を大幅に延長します。

加速老化試験は、60 °C (140 °F) で 4 か月間保管されたセンシング スポンジとフィルムに対して実行され、特定の時間間隔後にその応答性が分析されました。 4 か月の期間にわたって、これらのフォーマットのセンシング性能 (感度とダイナミック レンジの両方) は維持されました。 さらに、室温で 1 年間保管した後のスポンジの安定性をテストしたところ、依然として応答性があることがわかりました。