_ Client potențial ultra-sensibil detectorul ar putea îmbunătăți semnificativ monitorizarea calității apei

Inginerii de la Universitatea din California San Diego au dezvoltat un senzor ultra-sensibil realizat cu grafen care poate detecta concentrații extraordinar de scăzute de ioni de plumb în apă. Dispozitivul atinge o limită record de detecție a plumbului până în domeniul femtomolar, care este de un milion de ori mai sensibil decât tehnologiile anterioare de detectare.

„Cu sensibilitatea extrem de ridicată a dispozitivului nostru, sperăm în cele din urmă să detectăm chiar și prezența unui ion de plumb într-un volum rezonabil de apă”, a spus Prabhakar Bandaru, profesor la Departamentul de Inginerie Mecanică și Aerospațială de la UC San Diego Jacobs School of Engineering. „Expunerea la plumb este o problemă serioasă de sănătate și s-a indicat că o concentrație de plumb la nivel de părți pe miliard în apa potabilă ar putea duce la rezultate pernicioase, cum ar fi încetinirea creșterii și dezvoltării umane.”

Lucrarea este descrisă într-o lucrare publicată recent în Nano Letters.

Dispozitivul din acest studiu constă dintr-un singur strat de grafen montat pe o placă de siliciu. Grafenul, cu o conductivitate remarcabilă și raportul suprafață-volum, oferă o platformă ideală pentru aplicații de detectare. Cercetătorii au îmbunătățit capacitățile de detectare ale stratului de grafen prin atașarea unei molecule linker la suprafața acestuia. Acest linker servește drept ancoră pentru un receptor de ioni și, în cele din urmă, pentru ionii de plumb.

Una dintre caracteristicile cheie ale acestei lucrări a fost să facă senzorul foarte specific pentru detectarea ionilor de plumb. Cercetătorii au folosit un aptamer, care este o singură catenă scurtă de ADN sau ARN, ca receptor de ioni. Aceste molecule de receptor sunt cunoscute pentru selectivitatea lor inerentă față de ioni specifici. Cercetătorii au îmbunătățit și mai mult afinitatea de legare a receptorilor pentru ionii de plumb prin adaptarea secvenței sale ADN sau ARN. Acest lucru a asigurat că senzorul va fi declanșat numai la legarea de ionii de plumb.

Atingerea limitei femtomolare de detecție a fost posibilă prin studierea în detaliu a evenimentelor moleculare care au loc pe suprafața senzorului de grafen. Cercetătorii au folosit o combinație de tehnici experimentale și teoretice pentru a monitoriza aderența treptată a linkerului la suprafața grafenului, urmată de legarea receptorului de linker și, în final, atașarea ionilor de plumb la receptor.

Cercetătorii au analizat parametrii termodinamici ai sistemului, cum ar fi energiile de legare, modificările capacității și conformațiile moleculare și au descoperit că aceștia au jucat roluri critice în optimizarea performanței senzorului. Prin optimizarea fiecăruia dintre acești parametri termodinamici, împreună cu designul întregului sistem, de la electronică și materiale până la receptorul de ioni, cercetătorii au creat un senzor care poate detecta ionii de plumb cu o sensibilitate și o specificitate fără precedent.

Pe lângă sensibilitatea sa superioară, noul senzor are și alte avantaje față de metodele existente. Tehnicile tradiționale de detectare a plumbului cu precizie și sensibilitate ridicate se bazează adesea pe instrumente costisitoare, ceea ce limitează accesibilitatea acestora pentru utilizare pe scară largă. Între timp, trusele de acasă, deși sunt mai accesibile, tind să fie nesigure și prezintă o limită de detecție relativ slabă, de obicei în intervalul micromolar.

„Tehnologia pe care am dezvoltat-o ​​urmărește să depășească și problemele legate de costuri. ca fiabilitate”, a spus Bandaru. „Obiectivul nostru este ca în cele din urmă să fie implementat în case, având în vedere ușurința relativă de fabricație.”

În timp ce tehnologia se află în prezent în stadiul de demonstrare a conceptului, Bandaru speră să o implementeze într-o zi în setări din lumea reală. Următorii pași includ extinderea producției pentru uz comercial, ceea ce va necesita colaborarea cu partenerii din industrie.

(Fluierul)