Blau steht für Biogefährdung

Ein chemischer Sensor, der bei Vorhandensein von Giftstoffen seine Farbe ändert, kann eines Tages Leben auf dem Schlachtfeld und in gefährlichen Industrien retten, berichten Forscher in der Ausgabe vom 17. Wissenschaft Zeitschrift.

Der an der University of Wisconsin entwickelte Sensor verwendet Flüssigkristalle, um Umweltschadstoffe zu erkennen.

Es ist ein direkter visueller Hinweis und erfordert keinen Strom, sagte Nicholas Abbott, der leitende Ermittler der Studie, gegenüber technologyreview.com. Es ist so einfach, dass es bei der Personenüberwachung Verwendung finden könnte.



Komm in den Groove

mit Solarturmplänen

Abbotts Gerät besteht aus drei Komponenten: einer unteren Goldschicht, die mit nanoskaligen Rillen gemustert ist, in dieser Schicht eingebetteten Rezeptormolekülen und einer oberen Schicht aus Flüssigkristallen, die durch eine lose Wasserstoffbrücke an den Rezeptoren befestigt sind. Diese Bindung steuert die Orientierung der Flüssigkristalle, die ihr Aussehen für das menschliche Auge bestimmt.

Trifft der Sensor auf eine Zielverbindung (z. B. ein giftiges Gas), geht diese Verbindung eine starke Bindung mit den Rezeptormolekülen ein und bricht die schwachen Wasserstoffbrücken der Flüssigkristalle. Die schlagartig freien Flüssigkristalle orientieren sich entlang der Rillen in der Goldschicht, was das Erscheinungsbild des Sensors verändert. Wenn die Zielverbindung nicht mehr vorhanden ist, heften sich die Flüssigkristalle wieder an die Rezeptoren und das Erscheinungsbild des Sensors normalisiert sich wieder.

Abbott und seine Kollegen verwendeten in ihrem Experiment Carbonsäuregruppen für Rezeptoren. Die Säuregruppen bildeten eine schwache Bindung mit der Flüssigkristallschicht, aber eine starke Bindung mit der giftigen Zielverbindung Hexylamin.

Dieser Ansatz, der als kompetitive Bindung bezeichnet wird, hilft dem Gerät, Fehlalarme zu vermeiden. Der Sensor unterschied die Zielverbindung von Alkohol, Hexanen, Wasserdampf und anderen Chemikalien. Einige experimentelle Detektoren, sagt Abbott, haben es besonders schwer, ihre Ziele von Wasser zu unterscheiden, ein Mangel, der sie auf das Labor beschränkt.

Das Abbott-System ist eine sehr spannende Arbeit zum Nachweis von Toxinen in der Dampfphase (Gas), sagt Jerome Workman Jr., Senior Research Fellow bei Kimberly-Clark und Experte für Analysegeräte.

Schnell, günstig und unter Kontrolle

Heute ist das gebräuchlichste Feldinstrument zum Nachweis von Umweltgiften der tragbare Gaschromatograph, der Tausende von Dollar kostet und mehr als 50 Pfund wiegt Anderson von Buck Scientific, einem Hersteller von Analyseinstrumenten.

Abbott sagt, sein Detektor sei nicht nur billiger in der Herstellung, sondern auch tragbarer und einfacher zu bedienen: Eine Person könnte das Gerät als farbwechselndes Abzeichen tragen, ähnlich wie bei denen, die die Strahlenbelastung messen. Das Abzeichen könnte Rezeptoren für viele verschiedene Verbindungen aufweisen, die in einem Array oder in Mustern angeordnet sind. Das sich entwickelnde Muster könnte ein Buchstabe oder ein Wort sein, sodass es von einer nicht technisch versierten Person verstanden werden könnte, sagt Abbott.

Obwohl das Gerät derzeit nur gasförmige Verbindungen erkennt, hofft Abbott, eine Version zu entwickeln, die mit Flüssigkeiten funktioniert. Er arbeitet auch an der Entwicklung von Flüssigkristalldetektoren für komplizierte biologische Ziele, einschließlich Viren und Bakterien, und berichtet von einigen Erfolgen, die bereits Proteinbindungen nachweisen.

Dies ist ein echtes Grenzproblem bei der Erkennung von Umweltschadstoffen aller Art, sagt Bruce Rittman, Professor für Umwelttechnik an der Northwestern University. Schnelle Informationen zu erhalten, ist jetzt das schwache Glied; das dauert teilweise sehr lange. Wenn Sie dies tun können, ist dies ein fantastischer Vorteil.

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