Молекулы ДНК позволяют сделать из графена химические датчики

Схематичное изображения

Схематичное изображения "электронного носа", сформированного из графена и молекул ДНК, в действии. (кликните картинку для увеличения)

03.09.2010 (10:39)
Просмотров: 3517
Рейтинг: 0.80
Голосов: 5

Теги:
графен, датчик, ДНК, нос,
Технология >> Нанотехнология






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Новый тип химических датчиков был недавно представлен учеными из США. Их устройство основано всего на двух компонентах: удивительном материале графене и молекулах ДНК. Инструмент оказался простым в производстве и обращении, обладая при этом высокой чувствительностью. Ученые полагают, что предложенная схема может использоваться для создания «электронного носа», используемого, например, в госпиталях для быстрого определения заражений, или на пунктах досмотра для поиска потенциально опасных веществ.

Как и многие биологические аналоги, устройства, получившие собирательное название «электронный нос», должны обладать чувствительностью к различным молекулам в атмосфере. Для того чтобы достигнуть такого результата обычно их делают из сотен и даже тысяч датчиков, располагающихся на одном и том же чипе. Каждый отдельный сенсор реагирует на свой тип химических соединений, точно также как это происходит с белками в рецепторах в носу млекопитающих. Однако, если в биологии подобная схема работает отлично, то в случае с «электронным носом» все не так просто. Во-первых, достаточно сложно изготовить тысячу и даже сотню различных датчиков. Кроме того, существуют затруднения и на следующем логическом этапе работы «электронного носа», а именно, с преобразованием продуктов химических реакций в электрические сигналы. Эти проблемы делают «электронный нос» сложным и дорогостоящим устройством.

Но ученые из University of Pennsylvania предложили другой подход. Для создания универсального датчика они использовали специфические электронные свойства графена, покрытого молекулами ДНК.

Напомним, что графен представляет собой двумерный лист атомов углерода, составляющих плоскую гексагональную кристаллическую решетку. Для создания своего «электронного носа» команда ученых использовала транзисторы, сформированные из листов графена. Каждый такой транзистор был обработан раствором, содержащим определенный тип одноцепочечных молекул ДНК, которые подвержены эффекту самосборки на поверхности графена.

Стоит отметить, что использовались не произвольные последовательности ДНК, а те, что отличаются повышенной химической чувствительностью. В рамках экспериментов было протестировано несколько таких последовательностей, но ученые отмечают, что различных подходящих сочетаний может существовать ни одна тысяча.

Каждая такая последовательность на поверхности графена ведет себя индивидуальным образом, т.к. у нее есть собственная форма, pH фактор и гидрофильные свойства. Это значит, что каждая последовательность по-своему взаимодействует с органическими химическими структурами.

При взаимодействии получившегося «устройства» с химическими элементами изменяется его сопротивление, причем вариации могут составлять до 50% от его величины, что может быть с легкостью измерено. А т.к. это прямые электрические измерения, они могут быть выполнены достаточно быстро. Отклик может быть получен менее чем за 10 секунд, а уже через 30 секунд устройство будет готово к повторному использованию.

Сфер для возможного применения «электронного носа» нового типа великое множество. Это могут быть датчики для поиска загрязнений или нежелательных веществ в атмосфере на заводах и в химических лабораториях; вспомогательные системы при досмотре в аэропортах и т.п. Еще одна возможная область – оборудование поисковых команд, занимающихся розыском пропавших в ходе стихийных бедствий людей.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное





Rambler's Top100