Een nieuwe, op virussen gebaseerde colorimetrische sensor kan de ware kleuren van bedreigingen vanuit de lucht weergeven

De aanhoudende COVID-19-pandemie heeft aangetoond dat de wereld technologie nodig heeft die snel en nauwkeurig onzichtbare gevaren kan identificeren, waaronder schadelijke stoffen of door de lucht verspreide milieuverontreinigende stoffen. Colorimetrische sensoren – apparaten die intuïtief informatie over hun omgeving onthullen door middel van kleurveranderingen – zijn in dit opzicht een aantrekkelijke optie. Maar om meer mensen van deze sensoren te laten profiteren, moeten ze eenvoudig op grote schaal te produceren zijn. Dit is een belangrijke beperking met momenteel beschikbare colorimetrische sensoren, die complexe structuren met ingewikkelde fabricageprocedures vereisen. Andere problemen met bestaande apparaten zijn onder meer trage reactietijden en onverzadigde kleuren.

Nu in een nieuwe studie gepubliceerd in Geavanceerde wetenschaphebben wetenschappers van het Gwangju Institute of Science and Technology, Korea, geprobeerd deze beperkingen aan te pakken door een nieuw type colorimetrische sensor te ontwikkelen die bestaat uit een dunne laag virussen, M13-bacteriofagen genaamd. Ze gebruikten dit type virus omdat het de structuur – en dus de optische eigenschappen – kan veranderen als reactie op veranderingen in de omgeving, zoals de aanwezigheid van schadelijke stoffen. Prof Young Min Song, die de studie leidde, legt uit: “In onze studie hebben we de M13-bacteriofaag, een filamenteus virus van nanometerformaat, geïntroduceerd als een detectielaag vanwege zijn volumetrisch uitbreidende eigenschappen.”

De wetenschappers hebben de M13-bacteriofagen genetisch gemanipuleerd door ze te combineren met een “zeer verliesgevende ultradunne resonantiepromotorlaag” (HLRP) als substraat. Vervolgens maximaliseerden ze de resonantie van de coatinglaag van de virussen door het substraat zo te optimaliseren dat de bacteriofaag extreem gevoelig werd voor specifieke stoffen in de lucht. Hierdoor konden de ‘virussen’ chemicaliën in zeer lage concentraties detecteren – zo laag als tientallen deeltjes per miljard. Prof Song legt de techniek uit: “In het bijzonder, door optimalisatie van de viruslaagafzetting, werd de viruslaag bedekt met een ultradunne dimensie, wat de detectiesnelheid verhoogde. De HLRP met resonantieverbetering werd toegepast om een ​​duidelijke kleur te verkrijgen, zelfs met een nanometer. -schaaldikte verandering in de M13 bacteriofaag viruslaag. Bijgevolg werd de kleurverandering gemaximaliseerd door geoptimaliseerde resonantiecondities. “

De wetenschappers testten de nieuwe sensor met omgevingsvariabelen, zoals veranderingen in vochtigheid, en met verbindingen zoals vluchtige organische chemicaliën en hormoonverstorende chemicaliën. In beide gevallen konden veranderingen in deze stimuli met succes worden waargenomen door duidelijke kleurveranderingen in de sensor, waardoor de praktische toepasbaarheid ervan werd aangetoond.

Dit nieuwe ontwerp voor een zeer effectieve en in massa produceerbare colorimetrische sensor is veelbelovend voor een verscheidenheid aan praktijktoepassingen, zoals het detecteren van schadelijke industriële chemicaliën of het beoordelen van de luchtkwaliteit. Als klap op de vuurpijl kunnen deze sensoren onschatbare instrumenten worden in klinische omgevingen, zoals Prof Song opmerkt: “In de toekomst zullen vorderingen in genetische manipulatie de gevoeligheid van de sensoren vergroten en hun toepasbaarheid uitbreiden naar de medische industrie, waar ze kunnen worden gebruikt. als diagnostische kits voor het detecteren van specifieke virussen en pathogenen. “

Met verder onderzoek zal deze technologie hopelijk werken als een krachtig middel om de ware kleuren van onzichtbare luchtdreigingen te laten zien.