211service.com
Blauw is voor biologisch gevaar
Een chemische sensor die van kleur verandert in de aanwezigheid van gifstoffen kan op een dag levens redden op het slagveld en in gevaarlijke industrieën, melden onderzoekers in het nummer van 17 augustus van Wetenschap tijdschrift.
De sensor, ontwikkeld aan de Universiteit van Wisconsin, gebruikt vloeibare kristallen om milieuverontreinigingen te detecteren.
Het is een directe visuele indicatie en er is geen stroom voor nodig, vertelde Nicholas Abbott, de hoofdonderzoeker van het onderzoek, aan technologyreview.com. Het is zo eenvoudig dat het kan worden gebruikt in persoonlijke monitoring.
Stap in de Groove
Het apparaat van Abbott bestaat uit drie componenten: een onderste laag van goud met een patroon van groeven op nanoschaal, receptormoleculen ingebed in die laag en een bovenste laag van vloeibare kristallen die door een losse waterstofbinding aan de receptoren zijn bevestigd. Deze binding regelt de oriëntatie van de vloeibare kristallen, wat hun uiterlijk voor het menselijk oog bepaalt.
Wanneer de sensor een doelverbinding tegenkomt (bijvoorbeeld een giftig gas), vormt die verbinding een sterke binding met de receptormoleculen, waardoor de zwakke waterstofbruggen van de vloeibare kristallen worden verbroken. De plotseling vrije vloeibare kristallen oriënteren zich langs de groeven in de goudlaag, waardoor het uiterlijk van de sensor verandert. Wanneer de doelverbinding niet langer aanwezig is, hechten de vloeibare kristallen zich weer aan de receptoren en wordt het uiterlijk van de sensor weer normaal.
In hun experiment gebruikten Abbott en zijn collega's carbonzuurgroepen voor receptoren. De zuurgroepen vormden een zwakke binding met de vloeibare kristallaag, maar een sterke binding met de giftige doelverbinding, hexylamine.
Deze benadering, competitieve binding genoemd, helpt het apparaat valse positieven te voorkomen. De sensor onderscheidde de doelverbinding van alcohol, hexanen, waterdamp en andere chemicaliën. Sommige experimentele detectoren, zegt Abbott, hebben het bijzonder moeilijk om hun doelen te onderscheiden van water, een tekortkoming die hen beperkt tot het laboratorium.
Het Abbott-systeem is zeer opwindend werk voor de detectie van toxines in de dampfase (gas), zegt Jerome Workman Jr., een senior research fellow bij Kimberly-Clark en een expert in analytische apparaten.
Snel, goedkoop en onder controle
Tegenwoordig is het meest gebruikte veldinstrument voor het detecteren van milieutoxines de draagbare gaschromatograaf, die duizenden dollars kost en meer dan 50 pond weegt, hoewel apparaten die slechts één of twee verbindingen detecteren slechts tien of vijftien pond kunnen wegen, zegt Eric. Anderson van Buck Scientific, een fabrikant van analytische instrumenten.
Abbott zegt dat zijn detector niet alleen goedkoper is om te vervaardigen, maar ook draagbaarder en gemakkelijker te gebruiken is: een persoon zou het apparaat kunnen dragen als een van kleur veranderende badge, vergelijkbaar met die waarmee de blootstelling aan straling wordt gemeten. De badge kan receptoren bevatten voor veel verschillende verbindingen, gerangschikt in een reeks of in patronen. Het patroon dat zich ontwikkelt, kan een letter of een woord zijn, dus het kan worden begrepen door een niet-technisch persoon, zegt Abbott.
Hoewel het apparaat momenteel alleen gasvormige verbindingen detecteert, hoopt Abbott een versie te ontwikkelen die met vloeistoffen werkt. Hij werkt ook aan de ontwikkeling van vloeibaar-kristaldetectoren voor gecompliceerde biologische doelen, waaronder virussen en bacteriën, en meldt dat er al enig succes is bij het detecteren van eiwitbinding.
Dit is een echt grensverleggend probleem, het detecteren van allerlei soorten milieuverontreinigende stoffen, zegt Bruce Rittman, hoogleraar milieutechniek aan de Northwestern University. Snelle informatie krijgen is nu de zwakke schakel; sommige hiervan duren erg lang. Als je dit kunt doen, is dat een fantastisch voordeel.