Winzige Spuren von Sprengstoffen erkannt Mit New Sensor

MIT-Forscher haben einen neuen Detektor so empfindlich, sie können sich einen einzigen Molekül eines explosiven wie TNT erstellt.

Um die Sensoren zu erstellen , Chemieingenieure von Michael Strano beschichtete Kohlenstoff-Nanoröhren geführt - Hohl , Ein-Atom - dicken Zylinder aus reinem Kohlenstoff - mit Proteinfragmente in der Regel in Bienengift gefunden. Dies ist das erste Mal, diejenigen Proteine ​​wurde gezeigt, dass Sprengstoff reagieren , nämlich eine Klasse , wie aromatische Nitroverbindungen , die TNT enthalten bekannt.

Wenn in kommerziellen Geräten entwickelt , würde eine solche Sensoren sind wesentlich empfindlicher als herkömmliche Sprengstoff -Detektoren - häufig auf Flughäfen , zum Beispiel - die Spektrometrie verwenden, um geladene Teilchen zu analysieren , wie sie durch die Luft zu bewegen.

" Ionenmobilitätsspektrometer sind weit verbreitet , weil sie billig und sehr zuverlässig sind. Dies kann jedoch nächste Generation von Nanosensoren auf dies, indem er die ultimative Nachweisgrenze zu verbessern, [ Erkennung ] einzelne Moleküle von Explosivstoffen bei Raumtemperatur und Atmosphärendruck ", sagt Strano die Charles (1951) und Hilda Roddey Career Development Associate Professor für Chemieingenieurwesen .

Ein ehemaliger Doktorand in Strano Labor , Daniel Heller (jetzt Damon Runyon Fellow am MIT David H. Koch Institut für Integrative Cancer Research ) , ist der Hauptautor eines Papier beschreibt die Technologie in die Proceedings of the National Academy of Sciences. Das Papier erscheint online in dieser Woche.

Strano hat ein Patent auf die Technologie, die Verwendung von Protein-Fragmente genannt bombolitins macht eingereicht . "Die Wissenschaftler haben diese Peptide untersucht, aber soweit wir wissen , haben sie noch nie gezeigt worden, um eine Affinität zu haben und explosiven Moleküle erkennen, in irgendeiner Weise ", sagt er .

In den letzten Jahren hat Strano Labor Kohlenstoff- Nanoröhren- Sensoren für eine Vielfalt von Molekülen entwickelt , darunter Stickstoffmonoxid , Wasserstoffperoxid und toxische Stoffe wie das Nervengases Sarin . Solche Sensoren nutzen natürliche Fluoreszenz Kohlenstoff-Nanoröhren ", durch Kopplung an ein Molekül, das an ein spezifisches Ziel bindet . Wenn das Ziel gebunden ist , der Röhrchen Fluoreszenz erhellt oder verdunkelt .

Die neuen Sprengstoff -Sensor arbeitet in einer etwas anderen Weise . Wenn das Ziel bindet an die BienengiftProteine ​​Beschichtung der Nanoröhren , verschiebt sich die Wellenlänge des Fluoreszenzlichts ist , statt der Änderung der Intensität . Die Forscher bauten eine neue Art von Mikroskop , um das Signal , das nicht mit dem bloßen Auge gesehen werden kann lesen. Dieser Sensortyp , der erste seiner Art ist leichter zu bearbeiten, weil sie nicht durch Umgebungslicht beeinflusst zu arbeiten.

"Für einen Fluoreszenzsensor, wobei die Intensität des Fluoreszenzlichts , um das Signal zu lesen ist fehleranfällig und geräuschvoller als die Messung einer Wellenlänge " Strano sagt .

Jedes Nanotube -Peptid- Verbindung reagiert anders auf verschiedene nitroaromatischer Verbindungen . Durch die Verwendung von mehreren verschiedenen Nanoröhren in verschiedenen bombolitins beschichtet , können die Forscher einen einzigartigen "Fingerabdruck" für jede explosive könnten sie wollen erkennen, zu identifizieren. Die Nanoröhren können auch die Abbauprodukte Sprengstoff spüren .

" Verbindungen wie TNT zersetzen sich in der Umwelt , wodurch andere Molekültypen , und diese Derivate können auch bei dieser Art von Sensor ermittelt werden ", so Strano . "Weil Moleküle in der Umgebung verändert werden ständig in andere Chemikalien , müssen wir Sensorplattformen , die das gesamte Netzwerk und Chemikalienklassen anstelle von nur einem Typ erkennen kann . "

Die Forscher zeigten auch, dass die Nanoröhren können zwei Pestizide, die nitroaromatische Verbindungen und gibt zu erkennen , so dass sie potentiell als Umweltsensoren . Die Forschung wurde durch das Institut für Soldaten Nanotechnologies am MIT finanziert.

Philip Collins , Professor für Physik an der Universität von Kalifornien in Irvine , sagt der neue Ansatz ist eine neue Erweiterung Strano früheren Arbeiten auf Kohlenstoff - Nanoröhren- Sensoren. "Es ist schön , was sie getan haben - kombiniert ein paar verschiedene Dinge, die nicht empfindlich auf Explosivstoffe sind , und gezeigt , dass die Kombination ist empfindlich ", sagt Collins, die nicht an dieser Untersuchung beteiligt war.

Die Technologie wurde bereits kommerzielle und militärische Interesse geweckt , sagt Strano . Für den Sensor praktisch für weit verbreitete Verwendung zu werden , müsste sie mit einem handelsüblichen Konzentrator , die keine Moleküle schwebend in der Luft in Kontakt mit der Kohlenstoffnanoröhren zu bringen würde gekoppelt werden.

"Es bedeutet nicht, dass wir bereit sind, diese auf einer U-Bahn setzen und Sprengstoffe sofort . Aber es bedeutet, dass nun der Sensor selbst ist nicht mehr der Flaschenhals ", sagt Strano . "Wenn es ein Molekül in einer Probe, und wenn man es auf den Sensor zu bekommen , können Sie nun erkennen und zu quantifizieren . "

Andere Forscher am MIT an den Arbeiten beteiligt sind ehemalige Postdoktoranden Nitish Nair und Paul Barone ; Doktoranden Jingqing Zhang, Ardemis Boghossian und Nigel Reuel ; und Studenten George Pratt '10 und aktuelle Junior Adam Hansborough .

Quelle:
Caroline McCall
Massachusetts Institute of Technology