Chip immunosensora, który dzięki swojej unikalnej konstrukcji pozwala na budowanie biosensorów do niezwykle czułego oznaczania biomarkerów związanych z różnymi typami chorób nowotworowych to patent nad którym w Politechnice Białostockiej pracował dr hab. inż. Piotr Mrozek, prof. PB.
W Instytucie Inżynierii Biomedycznej na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej naukowcy pracują nad subtelnymi zjawiskami fizycznymi, które mogą zrewolucjonizować wykrywanie patogenów kancerogennych. Owocem tych prac jest patent na Chip immunosensora dla powierzchniowego rezonansu plazmonów (SPR) w wersji imaging.
To, co wyróżnia patent białostockich naukowców, to struktura wielowarstwowa.
– Typowe chipy wykorzystane w tego typu biosensorach wykonywane są generalnie w postaci szklanych płytek z warstewką złota z powodu jego unikalnych właściwości plazmonicznych, jak i odporności chemicznej – wyjaśnia dr. hab. inż. Piotr Mrozek, prof. PB, kierownik Zakładu Biomechatroniki na Wydziale Mechanicznym Politechniki Białostockiej. – My wykorzystaliśmy srebro, które gwarantuje nam większą czułość chipu. Natomiast warstwa srebra pokryta jest również cienką warstwą złota, dzięki czemu uzyskujemy właściwości użytkowe zbliżone do typowych chipów, czyli powierzchnia takiego sensora jest odporna chemicznie. Niemniej jednak taka kanapka złożona z tych dwóch metali daje nam w efekcie znacznie większą czułość sensora do takich typowych oznaczeń. Do warstw tej kanapki dołożyliśmy jeszcze warstewki związane z separacją pól pomiarowych. Wykorzystaliśmy maski polimerowe naszego pomysłu, które są związane z powierzchnią złota, które jest górną warstwą biosensora. Wielowarstwowa struktura metaliczno-polimerowa, można powiedzieć w skrócie, jest przedmiotem naszego patentu.
Precyzja wykonania jest tu kluczowa – warstwa złota ma grubość zaledwie 5 nanometrów, co sprawia, że ludzki włos jest od niej około 10 000 razy grubszy.
– W Laboratorium inżynierii powierzchni, w Instytucie Inżynierii Biomedycznej dysponujemy aparaturą, która umożliwia nam bardzo precyzyjne osadzanie takich cienkich warstw metalicznych na rozmaitych podłożach i jesteśmy w stanie kontrolować w trakcie osadzania grubość tych warstw właśnie z dokładnością do pojedynczych nanometrów – zdradza prof. Mrozek. – Umożliwia to nam budowanie struktur plazmonicznych, które można wykorzystywać do budowy opatentowanych chipów.
A zjawisko rezonansu plazmonów powierzchniowych objawia się w odpowiednio dobranych warunkach całkowitym zanikiem odbicia światła od takiej cieniutkiej zwierciadlanej warstwy metalicznej osadzonej na powierzchni szkła. W biosensorach można je wykorzystać do detekcji specyficznych reakcji przeciwciało-antygen.
– To pomaga w wykrywaniu chorób nowotworowych – wyjaśnia prof. Mrozek. – Badania skupiają się przede wszystkim na czułości oznaczania specyficznych reakcji związanych z chorobami nowotworowymi różnego typu.
Jak naukowcy testowali swoje biosensory?
– Nie ma dzisiaj żadnego problemu, żeby nabyć przeciwciała i antygeny, na przykład mysie, które są używane w elementarnych badaniach diagnostycznych – wyjaśnia prof. Mrozek. – Przy współpracy z Wydziałem Chemii Uniwersytetu w Białymstoku i przy dalszej współpracy z Uniwersytetem Medycznym w Białymstoku nasze chipy są adaptowane do oznaczania bardzo ściśle określonych biomarkerów.
Kluczowym określeniem dla tego wynalazku jest „wersja imaging”. Oznacza ona, że urządzenie daje możliwość rejestracji obrazu jednocześnie z wielu kropelek (próbek) naniesionych na chip. Dzięki temu pomiar jest nie tylko szybszy i wygodniejszy, ale pozwala na uzyskanie wyników ilościowych dla wielu parametrów w tym samym czasie, co jest widoczne bezpośrednio na ekranie monitora dzięki kamerze rejestrującej sygnał.
Politechnika Białostocka odegrała fundamentalną rolę w opracowaniu technologii, wnosząc autorskie pomysły na strukturę chipa oraz aparaturę umożliwiającą precyzyjne nanoszenie warstw metalicznych z dokładnością do pojedynczych nanometrów.
Studenci Politechniki Białostockiej spotykają się z biosensorami typu SPR podczas zajęć z przedmiotu „Biosensory”.
– Jest poświęcony tematyce konstruowania, badania, użytkowania biosensorów rozmaitego typu – wyjaśnia prof. Mrozek. – Jednym z tematów są właśnie biosensory typu SPR, czyli rezonansu plazmonów powierzchniowych i studenci mają okazję do zapoznania się zarówno ze szczegółami budowy chipów, jak później ich wykorzystania praktycznego. – Tego typu zagadnienia staramy się umieszczać na bieżąco w dydaktyce, żeby pokazywać aktualny stan naszych wyników badań naukowych.
Choć droga do pełnej komercjalizacji jeszcze trwa, satysfakcja z tworzenia rozwiązań mogących ratować ludzkie życie jest ogromna.
– Jeśli potencjalnie te wyniki badań mogą się przy przydać, czy być wykorzystane w szerszym zakresie, przynieść społeczeństwu korzyści to taka praca sprawia nam wielką satysfakcję – sumuje prof. Mrozek.
Nad patentem nr P.438864 z dnia 1 grudnia 2025 roku pracowali naukowcy z Politechniki Białostockiej, Politechniki Poznańskiej i Uniwersytetu w Białymstoku.
Czytaj też: Politechnika Białostocka liderem innowacji w Podlaskiem
Czytaj też: Gorset ortopedyczny lepiej dopasowany do potrzeb dziecka
Autor: Jerzy Doroszkiewicz
