Вдохновленные естественными сигналами в живых клетках, исследователи создают искусственный газовый детектор: крохотная коробочка складывается и светится
Команда исследователей работала над проектом нанокуба более десяти лет. Ключевой особенностью нанокуба, размером всего два нанометра с каждой стороны, является то, что он собирается вместе, пытаясь имитировать способ соединения белков и ДНК в живых клетках.
Подражая жизни
«Люди автоматически думают об устройствах, когда мы говорим о датчиках.
Но есть много примеров естественных сенсоров в теле », – сказал профессор Шуичи Хираока, ведущий исследователь проекта из Департамента фундаментальных наук Токийского университета.
Основная цепочка событий в клетке для обнаружения и сообщения некоторого сигнала состоит из трех этапов: 1) рецептор обнаруживает целевую молекулу, 2) рецептор отправляет сигнал репортеру и 3) репортер передает сигнал в другое место клетки.
Светящийся нанокуб упрощает систему, потому что он одновременно является рецептором (внутренняя часть куба) и репортером (свечение).
«Таким образом мы избегаем проблемы передачи информации от рецептора к репортеру», – пояснил Хираока.
Датчики нанокуба полностью охватывают содержащиеся в них молекулы, что означает, что они могут быть особенно полезны для различения молекул, которые имеют форму простых цепочек разной длины (алканы) без уникальных функциональных групп.
Светится газом
Последний анализ показывает, что нанокубы светятся синим в ультрафиолетовом (УФ) свете, когда они заполнены сжиженным нефтяным газом (LPG), одним из горючих газов.
Химикат, из которого сделан куб, представляет собой белый порошок, когда он высыхает, но при смешивании с водой шесть молекул в форме шестеренки или снежинки автоматически соединяются, образуя кубики. Естественное свечение или флуоресценция нанокубов представляет собой баланс двух конкурирующих физических характеристик этих молекул: свечение ограничено, когда молекулы сложены друг на друга, как блины, но усиливается, когда молекулы зафиксированы на месте и слегка растянуты друг от друга.
Другие.
Три молекулы собираются вместе в каждом углу куба, поэтому их края «сложены» вместе, ограничивая свечение.
Когда куб наполняется газом, углы слегка выпячиваются, и это усиливает свечение.
Детекторы газа Nanocube
Исследователи построили дешевый и простой детектор газа, используя только нанокубики, обычный УФ-свет и детектор флуоресцентного света.
Нанокубы так же чувствительны, как и любой другой детектор газа, что означает, что они могут обнаруживать очень малые количества сжиженного нефтяного газа.
Однако нанокубы невероятно специфичны для сжиженного нефтяного газа. Они не обнаруживают другие подобные горючие газы, такие как метан (природный газ) или диоксид углерода (CO2). Эта специфичность, вероятно, возникает из-за того, что ровно три молекулы LPG размещены в одинаковых блоках в игре Tetris для идеального размещения внутри нанокуба.
Обычные детекторы газа не имеют этой специфики и будут подавать сигнал тревоги для любого типа опасного газа.
«Тот факт, что обычные датчики не могут различить эти похожие газы, на самом деле не проблема, потому что все они опасны для нас», – сказал Хираока.
Вместо того, чтобы разрабатывать новый детектор газа, настоящая цель исследователей состоит в том, чтобы имитировать сложную цепочку событий для обнаружения и передачи сигналов в живых клетках.
Исследователи планируют дополнительные проекты по изменению строительных блоков нанокубов, чтобы кубики могли обнаруживать разные молекулы и сообщать о разных сигналах.
