Nanosensory oparte na DNA
Marta Pieszko | 2005-09-17
Naukowcy z Uniwersytetu Pensylwania i Monell Chemical Science Center stworzyli węglowe nanotubule pokryte nićmi DNA, tworzące nanosensory zdolne do wykrywania zapachów i smaków. Ich odkrycie zostało opublikowane w bieżącym wydaniu magazynu "Nano letters", publikacji Amerykańskiego Stowarzyszenia Chemików.
Według badaczy duża liczna nanosensorów może wykryć molekuły wielkości jednej milionowej, co jest pokrewne znalezieniu jednosekundowego urywka z 278 godzinowego filmu czy odnalezienie pojedynczej osoby na Times Squere w Sylwestra. Naukowcy przetestowali nanosensory na pięciu róznych chemicznych zapachach, właczając w to metanol i dinitrotoluen (DNT), który często występuje w materiałach wybuchowych stosowanych przez wojsko. Nanosensory są w stanie "wywąchać" cząsteczki prosto z powietrza lub wyczuć je w płynie, co sugeruje ich przyszłe zastosowanie w zapewnieniu bezpieczeństwa wewnętrznego kraju oraz jako medycznych detektorów.
"To co mamy, to hybryda dwóch molekuł, które są niezwykle czułe na sygnały świata zewnętrznego; pojedyncza nić DNA, która jest tu detektorem i węglowa nanotubula, która działa jako transmiter" - mówi A.T. Charlie Johnson, profesor Wydziału Fizyki na Uniwersytecie Pensylwania. "Po połączeniu stają się one bardzo wszechstronnym typem sensora, zdolnym do wykrycia najmniejszych ilości danych molekuł."
Każda nanotubula jest szerokości około bilionowej metra. Johnson i jego współpracownicy wierzą, że duża ich liczba może służyć jako pasywny system wykrywania w prawie każdy miejscu. Powierzchnia nanosensora posiada również zdolność samoregeneracji, a dodatkowo każdy z nich może być wystawiany na działanie docelowej substancji około 50 razy, co oznacza, że nie ma potrzeby częstej ich wymiany.
Specyficzność pojedynczej nici DNA jest tym, co sprawia, że nanosensory mają takie zdolności. Te biomolekuły dzięki procesowi zwanemu ukierunkowaną ewolucją są w stanie rozpoznawać szeroki zakres celów, włączając w to małe molekuły i specyficzne białka.Ponadto nanotubule są idealne do sygnalizowania kiedy DNA pochwyci docelową molekułę. Nanotubule mają budowę jednościenną - są zbudowane z jednej warstwy cząsteczek węgla połączonych razem i zrolowanych. Jest to unikatowy materiał, gdzie każdy atom jest zarówno wewnątrz jak i na zewnątrz tubuli.
Nanotubule są szczególnie czułe na zmiany elektrostatyczne w swoim środowisku, zarówno gdy znajdują się w powietrzu czy w płynie. "Kiedy część DNA z nanosensora łączy się z docelową cząsteczką, następuje niewielka zmiana w ładunku elektrycznym obok nanotubuli" - objaśnia prof. Johnson. "Nanotubula przechwyca ją i zamienia w sygnał elektryczny, który może później zostać odczytany." Według Johnsona ilość około 100 sensorów z różną charakterystyczną odpowiedzią i odpowiedni program rozpoznawania mogłyby być w stanie identyfikować słaby zapach pomimo silnego i zróżnicowanego podłoża.
Źródło: University of Pennsylvania