Izraelski tim razvio je senzor gasa koji razlikuje kiralne molekule u vazduhu. Senzor koristi ugljenične nanotubove obložene šećernim receptorima i menja električni signal kada se enantiomeri razlikuju u vezivanju. Demonstrirano je razlikovanje limonena i karvona, uz detekciju (–)-limonena do 1,5 ppm (oko 10× osetljivije). Tehnologija ima potencijal za dijagnostiku iz daha, kontrolu kvaliteta i primenu u farmaciji i ekologiji.
Izraelski senzor gasa razlikuje „zrcalne“ molekule — put ka dijagnostici iz daha i preciznijoj kontroli kvaliteta
Izraelski istraživači razvili su senzor gasa koji može razlikovati kiralne, tj. „zrcalne“, molekule u vazduhu. Ovaj pomak u senzorskoj tehnologiji otvara mogućnosti za neinvazivne testove daha, precizniju kontrolu ukusa i mirisa u prehrambenoj industriji, kao i za primenu u farmaciji i nadzoru životne sredine.
Senzor se zasniva na ugljeničnim nanotubovima obloženim posebno dizajniranim receptorima na bazi šećera. Šećerni premaz formira preciznu hemijsku arhitekturu oko nanotubova koja može da selektivno veže veoma slabo prisutne mirisne molekule, menjajući električni odgovor materijala i omogućavajući detekciju.
Šta su kiralne molekule i zašto je to važno
Kiralne molekule postoje u parovima koji su prostorno ogledalo jedan drugog — poput leve i desne ruke. Iako imaju istu hemijsku formulu, njihove različite prostorne konfiguracije mogu izazvati sasvim različite mirise, ukuse ili biološke efekte. To je naročito važno u farmaciji, gde jedna enantiomerna forma leka može biti bezbedna, a druga štetna ili manje efikasna.
Rezultati istraživanja
Tim pod vođstvom Ariela Shitrita i Yonatana Sukhrana, uz nadzor prof. Shloma Yitzchaika i prof. Mattana Hurevicha, pokazao je da senzor jasno razlikuje „zrcalne“ oblike limonena i karvona, dok nije reagovao na slične oblike α-pinena. Senzor je detektovao (–)-limonen na koncentraciji od 1,5 delova na milion (ppm), što je otprilike deset puta osetljivije nego kod mnogih uporedivih metoda.
Ključ analize bila je kombinacija električnih merenja i računarskih simulacija, u saradnji sa Tehničkim univerzitetom u Dresdenu i Univerzitetom Fridrih Šiler iz Jene. Pokazano je da se enantiomeri neznatno drugačije vežu za receptor, što menja kretanje elektrona u nanotubovima i daje merljiv električni signal.
Tehnički izazovi i rešenja
Jedan od izazova bio je da se šećerne molekule, koje su prirodno rastvorljive u vodi, transformišu u stabilne i funkcionalne komponente gasnog senzora. To je rešenio dvodelni sistem: podesivi šećerni receptori hemijski vezani za ugljenične nanomaterijale, čiji se dizajn može fino podešavati promenom «okvira» šećera ili dodatnih hemijskih grupa.
Moguće primene
Primene su široke: od neinvazivnih testova daha za rano otkrivanje bolesti (npr. raka pluća, promena metabolizma kod dijabetesa), preko kontrole kvaliteta u prehrambenoj i parfemskoj industriji, do nadzora zagađenja i verifikacije čistoće kiralnih supstanci u farmaceutskoj proizvodnji.
Istraživanje je deo evropskog projekta SMELLODI koji proučava veze između telesnih mirisa, percepcije i zdravstvenih i emotivnih stanja. Autori očekuju da će kombinacija naprednih fizičkih simulacija i mašinskog učenja ubrzati dizajn novih receptora i proširiti spektar detektovanih molekula.
„Sitne razlike u molekulskoj strukturi mogu se pouzdano registrovati pomoću šećerno-premazanih nanotubova — to otvara vrata elektronskim sistemima za detekciju koje smo ranije smatrali nemogućim“, rekao je Ariel Shitrit.
Studija je objavljena u časopisu Chem. Eur. J. Imena ključnih autora i institucija navedena su iz izvornog rada jer pomažu u verifikaciji rezultata i mogućih daljih kontakata za saradnju.
Pomozite nam da budemo bolji.
