Emil PITUŁA1, Monika JANIK1, Rafał KASZTELANIC2,3, Marcin OLSZEWSKI4, Marcin KOBA1,5,
Ryszard BUCZYŃSKI2,3, Mateusz ŚMIETANA1,3
1Politechnika Warszawska, Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki, Koszykowa 75, 00-662 Warszawa, Polska
2Uniwersytet Warszawski, Wydział Fizyki, Pasteura 7, 02-093 Warszawa, Polska
3Łukasiewicz – Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki, Zakład Szkieł,
al. Lotników 32/46, 02-668 Warszawa, Polska
4Politechnika Warszawska, Wydział Chemiczny, Noakowskiego 3, 00-664 Warszawa, Polska
5Instytut Łączności - Państwowy Instytut Badawczy, Szachowa 1, 04-894, Warszawa, Polska
Metale ciężkie mogą wywoływać reakcje alergiczne, działać jako neurotoksyny lub być rakotwórcze. Światowe instytucje regulacyjne, takie jak WHO, USFDA, UE oraz FSSAI, monitorują poziomy jonów metali w wodzie pitnej i ściekach [1]. Z uwagi na toksyczność zależną od dawki i czasu ekspozycji kluczowe jest rozwijanie szybkich, precyzyjnych i prostych w obsłudze metod detekcji.
W tym komunikacie przedstawiono kompaktowy system do znacznikowej detekcji jonów metali ciężkich oparty na metodzie spektrofluorometrii. Osiągnięto szybką detekcję (t_pomiaru = 10 ms) jonów metali ciężkich w wodzie w zakresie niskich stężeń (0,1 – 10 µM), co przetestowano na przykładzie zmodyfikowanego białka zielonej fluorescencji (receptor eGFP-Ni), selektywnego na jony niklu (Ni2+) [2]. Układ osiągnął limit detekcji jonów Ni2+ wynoszący 10 nM, znacznie poniżej norm jakości określonych przez WHO [1]. System umożliwia pomiar do 8 próbek cieczy wykorzystując szklane kapilary jako rezerwuary pomiarowe. Jedna kapilara, o długości 15 mm i przekroju pierścienia – średnice zewnętrzna/wewnętrzna wynoszą odpowiednio 1000/500 μm, pozwala na najniższy do tej pory zaprezentowany pomiar spektrofluorometryczny w objętości tylko 2,9 µL [3]. Kształt oraz materiał kapilar dobrano na podstawie symulacji i serii eksperymentów, dla najefektywniejszego pobudzenia próbki z receptorem. Układ pozwala na jednorodne pobudzenie materiału znacznikowego w kapilarze. Komponenty optoelektroniczne oraz uchwyt na kapilary zamknięto w małej obudowie. Zapewniono dobrą izolację promieniowania zewnętrznego, co przekłada się na stabilny pomiar próbek fluorescencyjnych, co zachowano w zakresie niskich stężeń. System charakteryzuje się wysoką powtarzalnością wyników (2% średniej wartości). Detekcja stężenia jonów opiera się na analizie wzrastającej emisji fluorescencji białka, dodatnio skorelowanej ze stężeniem jonów metalu [2,4].
Literatura
[1] World Health Organization, WHO Guidelines for drinking-water quality. Geneva 2022
[2] Olszewski M. i in., patent P.446762, ref.: 5413-PAT-PL, 17.11.2023
[3] Y. S. Li i in., A novel immobilization fluorescence capillary analysis method and its applications, Analyst (2020), vol. 145(6), pp. 1980–1996, 2020, doi: 10.1039/C9AN01821
[4] B.Á.I.López-Lorente i in., TrAC (2022), vol.148, p. 116530, doi: 10.1016/j.trac.2022.116530.