Hurtig påvisning af giftige forbindelser

NUS-kemikere har udviklet meget selektive og følsomme sensorer baseret på molekylært prægede polymerer (MIP'er) til hurtig påvisning på stedet af giftige stoffer.

Nervemidler, såsom den velkendte agent VX, er en klasse af fosforholdige organiske forbindelser, der påvirker vores nervesystem alvorligt. Disse organiske forbindelser, kendt som organofosfater, er meget udbredt i mange insekticider og herbicider. Konventionelle analytiske teknikker til at detektere dem omfatter kromatografi, fluorescensspektroskopi og immunoassay. Imidlertid, disse teknikker involverer normalt sofistikeret udstyr eller kedelige tidskrævende procedurer, der gør detektion særligt udfordrende.

Et forskerhold ledet af Prof Sam LI fra Institut for Kemi, NUS har udviklet to typer analytiske sensorer, som kan detektere disse nervestoffer og andre giftige kemiske forbindelser på en nemmere måde, giver resultaterne på meget kortere tid. En af sensorerne, som er rettet mod ikke-vandopløselige forbindelser, er lavet af et kommercielt tilgængeligt termoplastisk materiale, polyvinylidenfluorid (PVDF). PVDF-termoplasten blev fremstillet ved hjælp af en unik MIP-baseret metode udviklet af teamet, der bruger polymerer direkte i stedet for monomerer. Den anden sensor til påvisning af kemiske forbindelser i vandige opløsninger bruger en biologisk kompatibel polymer, polydopamin (PDA). Holdet havde udviklet en "tør" MIP-baseret proces under præmonteringsfasen, så en større række af molekylære arter kan detekteres af disse sensorer.

Sensorerne er produceret ved hjælp af en prægningsteknik på molekylær skala for at skabe unikke mønstre af målmolekylerne på polymere materialer. Disse mønstrede polymerer, kendt som MIP'er, vil så indeholde specifikke mønstre med mellemrum, der passer nøjagtigt til målmolekylerne. Det er som en kunstig lille lås, hvori målmolekylet fungerer som miniaturenøglen. De kemiske målforbindelser, hvis det er til stede i miljøet, vil blive knyttet til sensorfilmen, forårsager en stigning i massen. Ved at fastgøre en piezoelektrisk kvartskrystalmikrovægt (QCM) til den, denne lille ændring i masse kan let registreres.

Prof Li sagde, "De MIP-baserede sensorer kunne nøjagtigt detektere mindre end 20 mikrogram organofosfat-pesticider, som er kemikalier, der almindeligvis anvendes til frugt- og grøntsagsdyrkning i 1 liter vand, på så hurtigt som tre minutter. Konventionelle metoder afslutter typisk analysen i et tidsinterval på omkring 5 til 15 minutter."

Prof Li tilføjede, "Størrelsen af ​​detektionssættet kan potentielt miniaturiseres til omkring halvdelen af ​​størrelsen på en iPhone 8, så det nemt kan transporteres rundt til hurtig analyse på stedet af potentielle trusler."