211service.com
Blå är för biologisk fara
En kemisk sensor som ändrar färg i närvaro av gifter kan en dag rädda liv på slagfältet och i farliga industrier, rapporterar forskare i numret av den 17 augusti av Vetenskap tidskrift.
Sensorn, utvecklad vid University of Wisconsin, använder flytande kristaller för att upptäcka miljöföroreningar.
Det är en direkt visuell indikation, och den kräver ingen elektrisk kraft, sa Nicholas Abbott, studiens ledande utredare, till technologyreview.com. Det är tillräckligt enkelt för att det kan komma till användning i personlig övervakning.
Gå in i spåret
Abbotts enhet består av tre komponenter: ett bottenlager av guld mönstrat med spår i nanoskala, receptormolekyler inbäddade i det lagret och ett övre lager av flytande kristaller fästa vid receptorerna med en lös vätebindning. Denna bindning styr de flytande kristallernas orientering, vilket bestämmer deras utseende för det mänskliga ögat.
När sensorn möter en målförening (till exempel en giftig gas), bildar den föreningen en stark bindning med receptormolekylerna, vilket bryter vätskekristallernas svaga vätebindningar. De plötsligt fria flytande kristallerna orienterar sig längs spåren i guldskiktet, vilket förändrar sensorns utseende. När målföreningen inte längre är närvarande, fäster de flytande kristallerna igen till receptorerna och sensorns utseende återgår till det normala.
I sitt experiment använde Abbott och hans kollegor karboxylsyragrupper för receptorer. Syragrupperna bildade en svag bindning med flytande kristallskiktet, men en stark bindning med den giftiga målföreningen, hexylamin.
Detta tillvägagångssätt, som kallas konkurrensbindning, hjälper enheten att undvika falska positiva resultat. Sensorn särskiljde målföreningen från alkohol, hexaner, vattenånga och andra kemikalier. Vissa experimentella detektorer, säger Abbott, har särskilt svårt att skilja sina mål från vatten, en brist som begränsar dem till laboratoriet.
Abbott-systemet är ett mycket spännande arbete för detektering av toxiner i ångfas (gas), säger Jerome Workman Jr., senior forskare vid Kimberly-Clark och expert på analytiska enheter.
Snabbt, billigt och under kontroll
Idag är det vanligaste fältinstrumentet för att upptäcka miljögifter den bärbara gaskromatografen, som kostar tusentals dollar och väger uppemot 50 pund, även om enheter som bara upptäcker en eller två föreningar kan väga så lite som tio eller femton pund, säger Eric Anderson från Buck Scientific, en tillverkare av analytiska instrument.
Abbott säger att hans detektor inte bara är billigare att tillverka, utan också mer bärbar och enklare att använda: en person kan bära enheten som ett färgskiftande märke, liknande de som mäter strålningsexponering. Märket kan innehålla receptorer för många olika föreningar, arrangerade i en array eller i mönster. Mönstret som utvecklas kan vara en bokstav eller ett ord, så det kan förstås av en icke-teknisk person, säger Abbott.
Även om enheten för närvarande endast upptäcker gasformiga föreningar, hoppas Abbott kunna utveckla en version som fungerar med vätskor. Han arbetar också med att utveckla flytande kristalldetektorer för komplicerade biologiska mål, inklusive virus och bakterier, och rapporterar viss framgång med att redan upptäcka proteinbindning.
Det här är en riktig gränsfråga, som upptäcker miljöföroreningar av alla slag, säger Bruce Rittman, professor i miljöteknik vid Northwestern University. Att få snabb information är den svaga länken nu; en del av detta tar väldigt lång tid. Om du kan göra detta är det en fantastisk fördel.