Биоэлектронный нос обнаруживает газообразные боевые отравляющие вещества

Jul 24, 2023

Фото: Design Cells / iStock / Getty Images Plus

Присоединив обонятельные рецепторы человека к датчику на основе графена, исследователи создали биоэлектронную носовую платформу для обнаружения нервно-паралитического агента для устранения рисков биобезопасности и поддержки управления медицинскими кризисами. Со-онг Ким из Сеульского национального университета и Сунг Ган Ким из Samsung Electronics возглавили группу исследователей по созданию биоэлектронного носа с человеческим обонятельным рецептором 2T7 (hOR2T7) для обнаружения диметилметилфосфоната (DMMP), соединения, которое часто используется в нервных клетках. агенты.

Исследовательская статья «Датчик Ni-rGO в сочетании с нанодисками, встроенными в обонятельные рецепторы человека, для обнаружения газофазного DMMP в качестве имитатора нервно-паралитических агентов» была опубликована в журнале ACS Sensors.

Газовые датчики для охранных и военных приложений требуют важных характеристик, включая чувствительность к следовым уровням в диапазоне от ppm до ppb, селективность дискриминации, быстрый отклик, простоту эксплуатации, крупномасштабное производство, миниатюризацию и низкое энергопотребление. Биоэлектронные носы — это биосенсоры, функции и компоненты которых аналогичны обонятельным сенсорным системам человека, таким как обонятельные рецепторы человека. Эти большие семейства рецепторов, связанных с G-белком (GPCR), действуют как детекторы нескольких молекул на границе между химическими соединениями и биологическими сенсорами. Обонятельные рецепторы человека можно дешево и в больших количествах производить из кишечной палочки, а когда их объединяют с наноматериалами, такими как графен, они могут быть более чувствительны к молекулам-мишеням, сохраняя при этом свое сродство к ним.

Предыдущие исследования показали, что когда hOR2T7 используется с полевым транзистором из углеродных нанотрубок, он может обнаруживать DMMP после того, как он был восстановлен с использованием мицелл детергента, которые представляют собой стабильные коллоидные агрегаты мономеров детергента с неполярными концами, заправленными внутрь. К сожалению, он ограничился обнаружением лигандов в жидкой, а не газообразной среде.

Чтобы обнаружить ДММП в газовой фазе, исследователи синтезировали hOR2T7 в системе E. coli, а затем воссоздали его в виде нанодисков для данного исследования. Нанодиски, состоящие из обонятельных рецепторов человека, липидов и мембранного каркасного белка, прочно связывающего липиды и рецепторы, были выбраны в качестве лучшего материала для газовых сенсоров из-за их повышенной стабильности в различных условиях. Создав датчик из восстановленного оксида графена с никелевым покрытием (Ni-rGO) и правильно ориентированных нанодисков hOR2T7, газофазный DMMP можно будет обнаруживать чувствительно и избирательно. Они показали, что биоэлектронный нос может выборочно и неоднократно обнаруживать газ DMMP в концентрации одна часть на миллиард (ppb). Газ зарин, один из самых токсичных нервно-паралитических агентов, вызывает смерть в течение 10 минут после вдыхания в концентрации выше 66 частей на миллиард.

Этот чувствительный и селективный биоэлектронный нос может стать практическим инструментом для обнаружения газообразных боевых отравляющих веществ в военной сфере и в сфере безопасности. Необходимы дальнейшие исследования для изучения его использования в практических областях, включая обнаружение газа DMMP в воздухе при различных уровнях влажности и температуры, а также проведение испытаний с реальными тестами на нервно-паралитические вещества, такие как газ зарин. Тем не менее, эта технология может предложить многообещающую стратегию для разработки специфических датчиков газов нервно-паралитического действия, обладающих высокой чувствительностью и избирательностью обонятельных рецепторов человека.