Vědci pod vedením Jakuba Dostálka ze Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR publikovali přehledový článek o současném vývoji optických biosenzorů využívajících plazmonicky zesílenou fluorescenci (PEF). Tato technologie umožňuje extrémně citlivou detekci biomarkerů pro diagnostiku nemocí, sledování znečistění životního prostředí a analýzu jednotlivých molekul. Článek publikoval prestižní žurnál TrAC Trends in Analytical Chemistry.
Plazmonika v biosenzorech – proč je klíčová?
Současné metody optické detekce čelí výzvě, jak rozpoznat extrémně nízké koncentrace biomolekul bez nutnosti použít zdlouhavé postupy na bázi enzymatických reakcí. Tento typ detekce je například důležitý pro včasnou diagnostiku rakoviny nebo virových infekcí. Jedno z možných řešení nabízí například plazmonicky zesílená fluorescence, a to díky speciálním kovovým nanostrukturám. Právě ty zesilují fluorescenční signál až tisícinásobně, což umožňuje detekovat i jednotlivé molekuly ve vzorcích krve, slin nebo jiných tělních tekutin.
„Plazmonické nanostruktury fungují jako optické antény, které mohou výrazně zesílit optické signály. Díky nim dokážeme dosáhnout citlivosti, která se blíží limitním hodnotám při detekci jednotlivých molekul a která byla ještě před několika lety těžko dosažitelná,“ vysvětluje Jakub Dostálek, vedoucí Laboratoře biofotoniky, která se touto problematikou zabývá.
Schémata, která ukazují, jak fluorescenční emitory interagují s elektromagnetickým polem povrchových plasmonů při použití v sendvičovém imunoassay.
Praktické využití: Od medicíny po ekologii
Význam této technologie sahá daleko za hranice laboratorního výzkumu. Například v medicíně umožňuje detekci rakovinových biomarkerů v raných stádiích, což může výrazně zvýšit úspěšnost léčby. V oblasti virologie plazmonické senzory uplatňují například při testování na COVID-19, HIV, nebo jiné virové infekce s extrémně nízkými koncentracemi virů. Další využití nachází v monitorování kvality životního prostředí, kde slouží k odhalování toxických látek v ovzduší či vodě.
„Vývoj těchto biosenzorů zapadá do širšího výzkumného zaměření Sekce optiky, která se dlouhodobě věnuje pokročilým optickým technologiím. Plazmonické senzory představují skvělý příklad toho, jak lze propojit špičkovou fyziku s reálnými aplikacemi, které skutečně mění naše životy,“ doplňuje Alexandr Dejneka, vedoucí Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR.
Budoucnost plazmonických biosenzorů
Vědci nyní pracují na zjednodušení výroby těchto senzorů, aby se jejich využití rozšířilo i mimo specializované laboratoře – například do nemocnic, terénních diagnostických center či domácích testovacích sad. Slibným směrem je například integrace těchto technologií do mobilních telefonů, které by mohly fungovat jako kapesní diagnostické laboratoře.
Díky intenzivnímu výzkumu a spolupráci se světovými vědeckými centry se Česká republika řadí mezi lídry v oblasti plazmonické senzoriky. Výzkumníci ze Sekce optiky Fyzikálního ústavu AV ČR přispívají k tomu, aby budoucnost diagnostiky byla rychlá, přesná a dostupná pro každého.