Молекулы ДНК позволяют сделать из графена химические датчики
 Схематичное изображения "электронного носа", сформированного из графена и молекул ДНК, в действии. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
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.
Также по теме:
Источники: