Команда ученых из Университета Массачусетса в Амхерсте разработала биоэлектронные датчики на газообразном аммиаке, которые являются одними из самых чувствительных из когда-либо созданных.
[penci_related_posts title=”Вам также может быть интересно” number=”4″ style=”list” align=”none” displayby=”cat” orderby=”random”]
Датчик использует электропроводящие белковые нанопроволоки, полученные из бактерии Geobacter, для обеспечения биоматериалов для электрических устройств. Более 30 лет назад старший автор и микробиолог Дерек Ловли обнаружил Geobacter в речной грязи. Микробы выращивают похожие на волосы белковые нити, которые работают как наноразмерные «провода», чтобы передавать заряды для их питания и связываться с другими бактериями.
Первый автор и аспирант по биомедицинской инженерии Александр Смит со своими советниками Джуном Яо и Ловли говорят, что они разработали первый датчик для измерения аммиака, потому что этот газ важен для сельского хозяйства, окружающей среды и биомедицины. Например, у людей аммиак в дыхании может сигнализировать о заболевании, в то время как в птицеводстве этот газ должен тщательно контролироваться на предмет здоровья и комфорта птиц, а также во избежание дисбаланса кормов и производственных потерь.
Яо говорит: «Этот датчик позволяет выполнять высокоточные измерения; он намного лучше, чем предыдущие электронные датчики». Смит добавляет: «Каждый раз, когда я провожу новый эксперимент, я приятно удивляюсь. Мы не ожидали, что они будут работать так же хорошо, как они. Я действительно думаю, что они могут оказать реальное положительное влияние на мир».
Смит говорит, что существующие электронные датчики часто имеют либо ограниченную, либо низкую чувствительность, и они подвержены помехам от других газов. В дополнение к превосходным функциям и низкой стоимости, добавляет он, «наши датчики являются биоразлагаемыми, поэтому они не производят электронные отходы, и они устойчиво производятся бактериями с использованием возобновляемого сырья без необходимости использования токсичных химикатов».
Смит провел эксперименты за последние 18 месяцев в рамках своей кандидатской диссертации. Работа. Из более ранних исследований Ловли было известно, что проводимость белковых нанопроводов изменялась в зависимости от pH – уровня кислоты или основания в растворе вокруг белковых нанопроводов. Это побудило исследователей проверить идею о том, что они могут быть очень чувствительными к связыванию молекул для биосенсирования. «Если вы подвергаете их воздействию химического вещества, свойства меняются, и вы можете измерить реакцию», – отмечает Смит.
По словам Смита, когда он подвергал нанопроволоки воздействию аммиака, «реакция была действительно заметной и значимой». «Вначале мы обнаружили, что можем настроить датчики таким образом, чтобы продемонстрировать этот значительный отклик. Они действительно чувствительны к аммиаку и намного меньше к другим соединениям, поэтому датчики могут быть очень специфичными».
Ловли добавляет, что «очень стабильные» нанопроволоки служат долго, датчик функционирует стабильно и надежно после нескольких месяцев использования и работает так хорошо, что «это замечательно».
Яо говорит: «Эти белковые нанопроволоки меня всегда удивляют. Это новое применение находится в совершенно другой области, чем мы работали раньше». Ранее команда сообщала об использовании белковых нанопроводов для сбора энергии от влажности и применении их в качестве мемристоров для биологических вычислений.
Смит, который называет себя «предпринимателем», занял первое место в конкурсе инноваций UMass Amherst на 2018 год за бизнес-план запуска компании, которую он создал вместе с Яо и Ловли, e-Biologics. Исследователи разработали планы патентной заявки, сбора средств, развития бизнеса и исследований и развития.
Ловли говорит: «Эта работа является первым доказательством концепции датчика нанопроволок. Как только мы вернемся в лабораторию, мы разработаем датчики для других соединений. Мы работаем над их настройкой для множества других соединений».
Работу поддержали грант КАРЬЕРА и научная стажировка аспирантов от Национального научного фонда, управление коммерциализации технологий и венчурного бизнеса UMass Amherst и центра иерархического производства в кампусе, наноразмерного научно-технического центра, финансируемого NSF.
Источник:
Массачусетский университет Амхерста
Фото: © Adobe Stock