Niebieski oznacza zagrożenie biologiczne

Czujnik chemiczny, który zmienia kolor w obecności toksyn, może pewnego dnia uratować życie na polu bitwy i w niebezpiecznych branżach, informują naukowcy w wydaniu z 17 sierpnia Nauka czasopismo.

Czujnik, opracowany na Uniwersytecie Wisconsin, wykorzystuje ciekłe kryształy do ​​wykrywania zanieczyszczeń środowiskowych.

Jest to bezpośrednia wskazówka wizualna i nie wymaga zasilania elektrycznego, powiedział Nicholas Abbott, główny badacz badania, powiedział technologyreview.com. Jest na tyle prosty, że może znaleźć zastosowanie w monitoringu osobistym.

Wejdź w Groove

Urządzenie firmy Abbott składa się z trzech elementów: dolnej warstwy złota z wyżłobieniami w nanoskali, cząsteczek receptora osadzonych w tej warstwie oraz górnej warstwy ciekłych kryształów przyłączonych do receptorów luźnym wiązaniem wodorowym. To wiązanie kontroluje orientację ciekłych kryształów, co determinuje ich wygląd dla ludzkiego oka.

Gdy czujnik napotka docelowy związek (na przykład toksyczny gaz), związek ten tworzy silne wiązanie z cząsteczkami receptora, zrywając słabe wiązania wodorowe ciekłych kryształów. Nagle uwolnione ciekłe kryształy orientują się wzdłuż rowków w warstwie złota, co zmienia wygląd czujnika. Gdy związek docelowy nie jest już obecny, ciekłe kryształy ponownie przyczepiają się do receptorów, a wygląd czujnika wraca do normy.

W swoim eksperymencie Abbott i jego koledzy wykorzystali grupy kwasu karboksylowego jako receptory. Grupy kwasowe tworzyły słabe wiązanie z warstwą ciekłokrystaliczną, ale silne wiązanie z trującym związkiem docelowym, heksyloaminą.

Takie podejście, zwane wiązaniem konkurencyjnym, pomaga urządzeniu uniknąć fałszywych alarmów. Czujnik odróżniał docelowy związek od alkoholu, heksanów, pary wodnej i innych chemikaliów. Niektóre eksperymentalne detektory, mówi Abbott, mają szczególnie trudności z odróżnieniem swoich celów od wody, co ogranicza je do laboratorium.

System Abbott to bardzo ekscytująca praca w zakresie wykrywania toksyn w fazie gazowej (gazu) – mówi Jerome Workman Jr., starszy pracownik naukowy w Kimberly-Clark i ekspert w dziedzinie urządzeń analitycznych.

Szybko, tanio i pod kontrolą

Obecnie najpopularniejszym instrumentem terenowym do wykrywania toksyn środowiskowych jest przenośny chromatograf gazowy, który kosztuje tysiące dolarów i waży ponad 50 funtów, chociaż urządzenia wykrywające tylko jeden lub dwa związki mogą ważyć nawet dziesięć do piętnastu funtów, mówi Eric. Anderson z Buck Scientific, producenta przyrządów analitycznych.

Abbott twierdzi, że jego detektor jest nie tylko tańszy w produkcji, ale także bardziej przenośny i łatwiejszy w użyciu: osoba może nosić urządzenie jako zmieniającą kolor plakietkę, podobną do tych, które mierzą ekspozycję na promieniowanie. Odznaka może zawierać receptory dla wielu różnych związków, ułożone w szyk lub wzory. Wzór, który się rozwija, może być literą lub słowem, aby mógł być zrozumiały dla osoby nietechnicznej, mówi Abbott.

Chociaż urządzenie wykrywa obecnie tylko związki gazowe, firma Abbott ma nadzieję na opracowanie wersji, która działa z płynami. Pracuje również nad opracowaniem detektorów ciekłokrystalicznych dla skomplikowanych celów biologicznych, w tym wirusów i bakterii, i donosi o pewnym sukcesie już w wykrywaniu wiązania białek.

To prawdziwy problem graniczny, wykrywający wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia środowiskowe, mówi Bruce Rittman, profesor inżynierii środowiska na Northwestern University. Szybkie uzyskiwanie informacji jest teraz słabym ogniwem; niektóre z nich zajmują naprawdę dużo czasu. Jeśli możesz to zrobić, to fantastyczna korzyść.

ukryć