211service.com
Blå er for biofare
En kemisk sensor, der skifter farve i nærvær af toksiner, kan en dag redde liv på slagmarken og i farlige industrier, rapporterer forskere i 17. august-udgaven af Videnskab magasin.
Sensoren, der er udviklet ved University of Wisconsin, bruger flydende krystaller til at opdage miljøforurenende stoffer.
Det er en direkte visuel indikation, og den kræver ingen elektrisk strøm, sagde Nicholas Abbott, undersøgelsens ledende efterforsker, til technologyreview.com. Det er så enkelt, at det kan finde anvendelse i personlig overvågning.
Kom i rillen
Abbotts enhed består af tre komponenter: et bundlag af guld mønstret med riller i nanoskala, receptormolekyler indlejret i dette lag og et øverste lag af flydende krystaller, der er knyttet til receptorerne med en løs hydrogenbinding. Denne binding styrer de flydende krystallers orientering, hvilket bestemmer deres udseende for det menneskelige øje.
Når sensoren støder på en målforbindelse (for eksempel en giftig gas), danner denne forbindelse en stærk binding med receptormolekylerne, der bryder flydende krystallers svage brintbindinger. De pludselig frie flydende krystaller orienterer sig langs rillerne i guldlaget, hvilket ændrer sensorens udseende. Når målforbindelsen ikke længere er til stede, hæfter de flydende krystaller til receptorerne igen, og sensorens udseende vender tilbage til det normale.
I deres eksperiment brugte Abbott og hans kolleger carboxylsyregrupper til receptorer. Syregrupperne dannede en svag binding med det flydende krystallag, men en stærk binding med den giftige målforbindelse, hexylamin.
Denne tilgang, kaldet konkurrencebinding, hjælper enheden med at undgå falske positiver. Sensoren adskilte målforbindelsen fra alkohol, hexaner, vanddamp og andre kemikalier. Nogle eksperimentelle detektorer, siger Abbott, har særligt svært ved at skelne deres mål fra vand, en mangel, der begrænser dem til laboratoriet.
Abbott-systemet er meget spændende arbejde til påvisning af toksiner i dampfase (gas), siger Jerome Workman Jr., seniorforsker hos Kimberly-Clark og ekspert i analytiske anordninger.
Hurtigt, billigt og under kontrol
I dag er det mest almindelige feltinstrument til påvisning af miljøgifte den bærbare gaskromatograf, som koster tusindvis af dollars og vejer op mod 50 pund, selvom enheder, der kun registrerer en eller to forbindelser, kan veje så lidt som ti eller femten pund, siger Eric Anderson fra Buck Scientific, en producent af analytiske instrumenter.
Abbott siger, at hans detektor ikke kun er billigere at fremstille, men mere bærbar og lettere at bruge: en person kunne bære enheden som et farveskiftende badge, svarende til dem, der måler strålingseksponering. Mærket kan indeholde receptorer for mange forskellige forbindelser, arrangeret i et array eller i mønstre. Det mønster, der udvikler sig, kan være et bogstav eller et ord, så det kan forstås af en ikke-teknisk person, siger Abbott.
Selvom enheden i øjeblikket kun registrerer gasformige forbindelser, håber Abbott at udvikle en version, der fungerer med væsker. Han arbejder også på at udvikle flydende krystaldetektorer til komplicerede biologiske mål, herunder vira og bakterier, og rapporterer en vis succes med at detektere proteinbinding.
Dette er et reelt grænseproblem, der opdager miljøforurenende stoffer af alle typer, siger Bruce Rittman, professor i miljøteknik ved Northwestern University. At få hurtig information er det svage led nu; noget af dette tager rigtig lang tid. Hvis du kan gøre dette, er det en fantastisk fordel.