Ny virusbaseret kolorimetrisk sensor kan vise ægte farver af luftbårne trusler

Den igangværende COVID-19-pandemi har vist, at verden har brug for teknologi, der hurtigt og præcist kan identificere usynlige farer, herunder skadelige stoffer eller luftbårne miljøforurenende stoffer. Kolorimetriske sensorer - enheder, der intuitivt afslører information om deres miljø gennem farveændringer - er en attraktiv mulighed i denne henseende. Men, for at flere mennesker kan drage fordel af disse sensorer, de skal være nemme at fremstille i stor skala. Dette er en væsentlig begrænsning med aktuelt tilgængelige kolorimetriske sensorer, som kræver komplekse strukturer med indviklede fremstillingsprocedurer. Andre problemer med eksisterende enheder omfatter langsomme responstider og umættede farver.

Nu i en ny undersøgelse offentliggjort i Avanceret Videnskab , forskere ved Gwangju Institute of Science and Technology, Korea, har forsøgt at tackle disse begrænsninger ved at udvikle en ny type kolorimetrisk sensor, der består af et tyndt lag af vira kaldet M13-bakteriofager. De brugte denne type virus, fordi den kan ændre sin struktur - og dermed dens optiske egenskaber - som reaktion på ændringer i det omgivende miljø, såsom tilstedeværelsen af ​​skadelige forbindelser. Prof Young Min Song, hvem ledede undersøgelsen, forklarer, "I vores undersøgelse, vi introducerede M13-bakteriofagen, som er en filamentøs virus på nanometerstørrelse, som et følelag på grund af dets volumetrisk ekspanderende egenskaber."

Forskerne gensplejsede M13-bakteriofagerne ved at kombinere dem med et "highly lossy ultra-tynd resonance promoter layer" (HLRP) som substrat. Derefter, de maksimerede resonansen af ​​virussenes belægningslag ved at optimere substratet, således at bakteriofagen blev ekstremt følsom over for specifikke luftbårne stoffer. Dette gjorde det muligt for 'vira' at detektere kemikalier i meget lave koncentrationer - så lave som titusindvis af dele pr. Prof Song forklarer teknikken, "Specielt, gennem optimering af viruslagets aflejring, viruslaget var belagt med ultratynd dimension, hvilket øgede detektionshastigheden. HLRP med resonansforbedring blev påført for at opnå en tydelig farve selv med en tykkelsesændring i nanometerskala i M13-bakteriofagviruslaget. Følgelig, farveændringen blev maksimeret af optimerede resonansforhold."

Forskerne testede den nye sensor med miljøvariabler, som ændringer i luftfugtighed, og med forbindelser som flygtige organiske kemikalier og hormonforstyrrende kemikalier. I begge tilfælde, ændringer i disse stimuli kunne med succes observeres gennem forskellige farveændringer i sensoren, viser dermed dens praktiske anvendelighed.

Dette nye design til yderst effektiv og masseproducerbar kolorimetrisk sensor lover meget for en række virkelige applikationer, såsom påvisning af skadelige industrikemikalier eller vurdering af luftkvalitet. For at toppe det hele, disse sensorer kan blive uvurderlige værktøjer i kliniske omgivelser, som prof Song bemærker, "I fremtiden, fremskridt inden for genteknologi vil øge sensorernes følsomhed og udvide deres anvendelighed til den medicinske industri, hvor de kunne bruges som diagnostiske kits til påvisning af specifikke vira og patogener."

Med yderligere forskning, denne teknologi vil forhåbentlig fungere som et kraftfuldt middel til at vise de sande farver af usynlige luftbårne trusler.