Onderzoekers van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign hebben een sensor ter grootte van een postzegel ontwikkeld die sporen van bepaalde chemische oorlogsmiddelen kan detecteren. zoals sarin, binnen enkele minuten. Het onderzoek is gepubliceerd in ACS Omega .

Sarin is een door de mens gemaakt zenuwgas dat zich als gas of vloeistof kan verspreiden. Volgens het Centrum voor Ziektebestrijding, blootstelling aan grote doses zal de klieren en spieren overmatig stimuleren, en kan leiden tot bewustzijnsverlies of ademhalingsfalen. Zelfs kleine doses kunnen een lange lijst van verontrustende en gevaarlijke symptomen veroorzaken.

"Lage blootstelling aan zenuwgas leidt tot ambigue tekenen en symptomen die niet gemakkelijk kunnen worden onderscheiden van andere aandoeningen, wat kan leiden tot vertraging in de behandeling en blijvende schade, " zei Paul Braun, hoogleraar materiaalkunde en techniek, en directeur van het Illinois Materials Research Laboratory. "Als sporen snel kunnen worden opgespoord, je kunt blijvende schade aan de menselijke gezondheid voorkomen."

"Er zijn geavanceerde sensoren beschikbaar, maar ze zijn groot en duur, en dus kunnen sommige individuen worden blootgesteld aan sarin zonder het te weten, en dat is te laat, " zei hij. "De huidige miniatuursensoren toonden alleen de aanwezigheid van een toxine, niet de hoeveelheid blootstelling." Bestaande kleine sensoren zijn mogelijk ook niet gevoelig genoeg om voldoende bescherming te bieden.

De technologie die in dit nieuwe artikel is vastgesteld, bouwt voort op eerder werk van de Braun-groep, die "chemische zwarte gaten" hadden ontwikkeld op kleine hydrogeloppervlakken die moleculen via een chemische potentiaalgradiënt naar een puntsensor trokken.

De groep van Braun wist dat de technologie potentieel had, maar moest verder worden ontwikkeld.

"Het probleem was dat de moleculen te langzaam bewogen, " zei Braun. "Het zou een uur tot een dag duren om moleculen een centimeter te verplaatsen, en we hadden geen geweldige manier om kwantitatieve detectie uit te voeren."

Echter, de chemische zwart-gattechniek bewees dat de wetenschap achter een chemische gradiënt zou werken, en de volgende stap was het bedenken van een 'detectietechniek die een echte impact zou kunnen hebben'.

Wetende dat ze iets nodig hadden dat kleiner was dan langzaam bewegende moleculen, de onderzoekers stelden een veilige versie van een sarin-achtig molecuul bloot aan het enzym DFPase, waardoor het molecuul hydrolyse ondergaat, en opsplitsen in verschillende delen. Een van deze onderdelen was een negatief geladen fluoride-ion.

"Het fluoride-ion is eenvoudig elektrochemisch te detecteren, " zei Mohammed Amdad Ali, een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Braun, en eerste auteur op het papier. "En, omdat het zo klein is, het beweegt veel sneller dan een molecuul. Als we een oppervlak hebben met een positief geladen gradiënt dat focust op een punt in het midden van de sensor dat echt leuk vindt (het fluoride-ion aantrekt), in plaats van uren in beslag te nemen, het duurt slechts enkele minuten voordat alle fluoride-ionen op één punt terechtkomen."

"We waren in staat om een ​​gelfilm te maken die niet alleen het molecuul afbrak, maar trok de negatief geladen fluoride-ionen in een ingebedde fluoride-ion-specifieke sensor in het middelpunt, en lees hoeveel fluoride we hadden. Als we eenmaal weten hoeveel fluoride we hebben, we weten aan hoeveel sarin de sensor is blootgesteld, ' zei Braun.

"De fluoride-ion-specifieke elektrochemische sensor heeft een lage detectiedrempel, en kan dus een zeer laag niveau van fluoride-ionen detecteren, " zei Ali. "Met de huidige staat van onze prototype sensor, we konden binnen 10 minuten een door een aërosol afgezette sarin-achtige molecule detecteren vanaf een dampconcentratie van slechts 0,01 mg/m3, " hij voegde toe.

De volgende stap is om de sensoren te testen in een omgeving die is ingesteld om het eigenlijke zenuwgas te verwerken.

"Het uiteindelijke doel is om iets te maken dat klein genoeg is, als een postzegel, die op een uniform kan worden gedragen om gas te detecteren of kan worden verwijderd om een ​​oppervlak te testen dat binnen enkele minuten zal bepalen of het middel aanwezig is en hoeveel van het middel aanwezig is, ' zei Braun.

"Het gaat je niet vertellen over alle gifstoffen, maar het zal je heel snel vertellen over een beperkt aantal verbindingen, "zei hij. "Als je ontdekt dat sarin aanwezig is, je hebt een veel betere kans om het juiste tegengif te krijgen."