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Il blu è per il rischio biologico
Un sensore chimico che cambia colore in presenza di tossine potrebbe un giorno salvare vite umane sul campo di battaglia e nelle industrie pericolose, riferiscono i ricercatori nel numero del 17 agosto di Scienza rivista.
Il sensore, sviluppato presso l'Università del Wisconsin, utilizza cristalli liquidi per rilevare i contaminanti ambientali.
È un'indicazione visiva diretta e non richiede energia elettrica, ha detto a technologyreview.com Nicholas Abbott, investigatore capo dello studio. È sufficientemente semplice da poter essere utilizzato nel monitoraggio personale.
Entra nella scanalatura
Il dispositivo di Abbott è costituito da tre componenti: uno strato inferiore d'oro modellato con scanalature su scala nanometrica, molecole recettoriali incorporate in quello strato e uno strato superiore di cristalli liquidi attaccati ai recettori da un legame idrogeno sciolto. Questo legame controlla l'orientamento dei cristalli liquidi, che determina il loro aspetto all'occhio umano.
Quando il sensore incontra un composto bersaglio (un gas tossico, per esempio), quel composto forma un forte legame con le molecole del recettore, rompendo i deboli legami idrogeno dei cristalli liquidi. I cristalli liquidi improvvisamente liberi si orientano lungo le scanalature nello strato d'oro, il che cambia l'aspetto del sensore. Quando il composto target non è più presente, i cristalli liquidi si riattaccano ai recettori e l'aspetto del sensore torna alla normalità.
Nel loro esperimento, Abbott e i suoi colleghi hanno utilizzato gruppi di acido carbossilico per i recettori. I gruppi acidi formavano un legame debole con lo strato di cristalli liquidi, ma un legame forte con il composto bersaglio velenoso, l'esilamina.
Questo approccio, chiamato legame competitivo, aiuta il dispositivo a evitare falsi positivi. Il sensore distingue il composto target da alcol, esani, vapore acqueo e altri prodotti chimici. Alcuni rivelatori sperimentali, dice Abbott, hanno difficoltà a distinguere i loro bersagli dall'acqua, un difetto che li limita al laboratorio.
Il sistema Abbott è un lavoro molto entusiasmante per il rilevamento di tossine in fase vapore (gas), afferma Jerome Workman Jr., ricercatore senior presso Kimberly-Clark ed esperto di dispositivi analitici.
Veloce, economico e sotto controllo
Oggi, lo strumento da campo più comune per rilevare le tossine ambientali è il gascromatografo portatile, che costa migliaia di dollari e pesa fino a 50 libbre, sebbene i dispositivi che rilevano solo uno o due composti possano pesare fino a dieci o quindici libbre, afferma Eric. Anderson di Buck Scientific, un produttore di strumenti analitici.
Abbott afferma che il suo rilevatore non è solo più economico da produrre, ma più portatile e più facile da usare: una persona potrebbe indossare il dispositivo come un badge che cambia colore, simile a quelli che misurano l'esposizione alle radiazioni. Il badge potrebbe presentare recettori per molti composti diversi, disposti in una matrice o in modelli. Il modello che si sviluppa potrebbe essere una lettera o una parola, quindi potrebbe essere compreso da una persona non tecnica, dice Abbott.
Sebbene il dispositivo attualmente rilevi solo composti gassosi, Abbott spera di sviluppare una versione che funzioni con i fluidi. Sta anche lavorando allo sviluppo di rivelatori a cristalli liquidi per bersagli biologici complessi, inclusi virus e batteri, e riporta un certo successo nel rilevare già il legame proteico.
Questo è un vero problema di frontiera, rilevare contaminanti ambientali di tutti i tipi, afferma Bruce Rittman, professore di ingegneria ambientale alla Northwestern University. Ottenere informazioni rapide è ora l'anello debole; alcuni di questi richiedono molto tempo. Se riesci a farlo, è un vantaggio fantastico.