Door Turkije Geïnspireerde Sensoren Kunnen Toxines Detecteren

{h1}

Ingenieurs hebben op bio-geïnspireerde sensoren ontwikkeld die de collageenvezels in kalkoenenhuid nabootsen en die gevaren zoals tnt onthullen door een eenvoudige verandering in kleur.

Sarah Yang is een voorlichter van de Universiteit van Californië, Berkeley. Dit artikel is overgenomen van a stuk op de Berkeley-website. Ze heeft dit artikel bijgedragen aan WordsSideKick.com's Expertvoices: Op-Ed & Insights.

Sommigen denken dat kalkoenen net zo goed zijn voor lunch en vleesmaaltijden, maar bioengineers aan de University of California, Berkeley (UC Berkeley) zagen inspiratie in de vogels voor een nieuw type biosensor dat van kleur verandert bij blootstelling aan chemische dampen. Deze functie maakt de sensoren waardevolle detectoren van toxines of ziekteverwekkers in de lucht.

De huid van Turkije, zo blijkt, kan verschuiven van rood naar blauw naar wit, dankzij bundels collageen die worden afgewisseld met een dichte reeks bloedvaten. Het is deze kleurverschuivende eigenschap die kalkoenen de naam "zeven gezichten" geeft in het Koreaans en het Japans.

De onderzoekers zeiden dat de afstand tussen de collageenvezels verandert wanneer de bloedvaten zwellen of samentrekken, afhankelijk van het feit of de vogel opgewonden of boos is. De hoeveelheid zwelling verandert de manier waarop lichtgolven worden verspreid en verandert op zijn beurt de kleuren die mensen op het hoofd van de vogel zien.

Seung-Wuk Lee, universitair hoofddocent bio-engineering aan Berkeley, leidde een onderzoeksteam dat dit kleurveranderende vermogen nabootste om biosensoren te maken die vluchtige chemicaliën kunnen detecteren.

"In ons lab bestuderen we hoe licht wordt gegenereerd en veranderingen in de natuur, en dan gebruiken we wat we leren om nieuwe apparaten te ontwikkelen," zei Lee, die ook een faculteitswetenschapper is aan het Lawrence Berkeley National Laboratory.

De onderzoekers creëerden een mobiele app, de iColour Analyzer, om te laten zien dat een smartphonefoto van de kleurenbanden van de sensor kan worden gebruikt om te helpen bij het identificeren van interessante chemicaliën, zoals damp van het explosieve TNT. Ze beschreven hun experimenten in een studie die vandaag (21 januari) in het tijdschrift is gepubliceerd Nature Communications.

Sensoren die kleurmetingen afgeven, zijn gemakkelijker te gebruiken en te lezen dan conventionele biosensoren. De belangrijkste op kleur gebaseerde sensoren die elders worden ontwikkeld, kunnen echter slechts een beperkt aantal chemicaliën detecteren en, aldus de onderzoekers, kan het heel moeilijk zijn om te produceren.

"Ons systeem is handig, en het is goedkoop om te maken," zei Lee. "We hebben ook laten zien dat deze technologie kan worden aangepast, zodat smartphones kunnen helpen bij het analyseren van de vingerafdruk van de doelstof in de toekomst.In de toekomst zouden we deze technologie mogelijk kunnen gebruiken om een ​​ademtest te maken om kanker en andere ziekten te detecteren."

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Als u een actueel expert bent - onderzoeker, zakelijk leider, auteur of innovator - en een nieuw stuk wilt bijdragen, e-mail ons hier.

Bij het kopiëren van dit ontwerp met kalkoenhuid gebruikten Lee en zijn team een ​​techniek om nanostructuren zoals collageenvezels na te bootsen. De onderzoekers hebben een manier gevonden om M13-bacteriofagen, goedaardige virussen met een vorm die sterk lijkt op collageenvezels, zelf te assembleren tot patronen die gemakkelijk kunnen worden verfijnd.

De onderzoekers ontdekten dat deze faag-gebundelde nanostructuren, zoals collageenvezels, zich uitbreidden en samentrokken, resulterend in kleurveranderingen. Het exacte mechanisme achter de krimpende of expanderende faagbundels is nog steeds onduidelijk, maar het is mogelijk dat de kleine hoeveelheid water in de faag reageert op de chemische dampen, aldus de onderzoekers.

De op kalkoenen geïnspireerde biosensoren werden blootgesteld aan een reeks vluchtige organische stoffen, waaronder hexaan, isopropylalcohol en methanol, evenals TNT, in concentraties van 300 delen per miljard. De onderzoekers ontdekten dat de virussen snel opgezwollen waren, resulterend in specifieke kleurenpatronen die als "vingerafdrukken" dienden om de verschillende geteste chemicaliën te onderscheiden. [Dierentuin van San Diego opent centrum voor door dieren geïnspireerde technologie]

De onderzoekers toonden aan dat ze de biosensor konden overhalen om TNT beter te detecteren door het DNA in de M13-bacteriofaag genetisch te manipuleren om zich te binden met locaties die specifiek zijn voor TNT. De onderzoekers hebben vervolgens de biosensor blootgesteld aan twee extra chemicaliën, DNT en MNT, die vergelijkbare moleculaire structuren hebben als TNT. De engineered biosensor onderscheidde met succes TNT van de andere chemicaliën met verschillende kleurenbanden.

De ingenieurs van Berkeley ontwikkelden bio-geïnspireerde sensoren gemaakt van bacteriofagen (op bacteriën gerichte virussen) die de collageenvezels in kalkoenenhuid nabootsen. Wanneer ze worden blootgesteld aan chemische doelwitten, breiden de collageenachtige bundels uit of trekken samen, waardoor verschillende kleuren worden gegenereerd. De onderzoekers creëerden ook een mobiele app om de kleurenbanden van de sensor te analyseren.

De ingenieurs van Berkeley ontwikkelden bio-geïnspireerde sensoren gemaakt van bacteriofagen (op bacteriën gerichte virussen) die de collageenvezels in kalkoenenhuid nabootsen. Wanneer ze worden blootgesteld aan chemische doelwitten, breiden de collageenachtige bundels uit of trekken samen, waardoor verschillende kleuren worden gegenereerd. De onderzoekers creëerden ook een mobiele app om de kleurenbanden van de sensor te analyseren.

Krediet: schematische hoffelijkheid van het Seung-Wuk Lee Laboratorium; UC Berkeley.

De biosensoren waren ook in staat om veranderingen in relatieve vochtigheid aan te geven, variërend van 20 tot 90 procent, roder met vochtiger lucht en blauwer met drogere lucht.

De hoofdauteur van de studie is Jin-Woo Oh, een voormalig postdoctoraal onderzoeker in het laboratorium van Lee en nu een assistent-professor bij de afdeling Nanomaterial Engineering aan de Pusan ​​National University in Zuid-Korea.

De National Science Foundation; de Administratie voor het verwerven van defensieprogramma's en het Agentschap voor Defensieontwikkeling in Zuid-Korea; Korea's ministerie van Onderwijs, Wetenschap en Technologie; en Samsung hielp dit werk ondersteunen.

De weergegeven meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op WordsSideKick.com.


Video Supplement: .




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com