El equipo de investigación desarrolló una ‘nariz química’ a pequeña escala

La nariz de un organismo es esencialmente un detector molecular biológico que envía señales neurológicas al cerebro, que luego decodifica un olor particular. Las narices humanas, con 6 millones de receptores olfativos, pueden distinguir más de un billón de olores, mientras que las narices de algunos perros tienen 300 millones de receptores, lo que aumenta la sensibilidad a partes por billón.

Las «narices electrónicas» son dispositivos electrónicos que pueden «olfatear» e identificar aromas y sabores vaporizados. Estas narices artificiales, que suelen estar unidas a grandes cantidades de equipos de laboratorio, no son fáciles de transportar, lo que permite a los investigadores desarrollar nuevos sensores transportables que pueden detectar una amplia gama de sustancias químicas.

Investigadores de la Escuela de Ingeniería Swanson de la Universidad de Pittsburgh han avanzado en esta capacidad mediante el desarrollo de un sistema a pequeña escala que crea patrones tridimensionales, que actúan como «huellas digitales» químicas que permiten la identificación de sustancias químicas en solución. La investigadora principal Anna C. Balcz, profesora distinguida de ingeniería química, junto con el autor principal y postdoctorado Muslim Moradi, y el postdoctorado Oleg A. Shukliav. aparece en la obra procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

«Los catalizadores son altamente selectivos; sólo ciertos reactivos pueden catalizar una reacción catalítica particular. Debido a esta selectividad, los catalizadores en una solución pueden exhibir la identidad de la reacción. Si se agregan los reactivos correctos al fluido, entonces la reacción resultante se produce espontánea. El flujo del flujo; el flujo, a su vez, puede doblar y dar forma a objetos flexibles puestos en la solución «, explicó Balazs.

«Si se colocan postes flexibles en la base de una cámara llena de líquido y se tratan con enzimas específicas, los reactivos agregados obligarán a los postes a doblarse en diferentes direcciones y crearán diferentes patrones ópticos».

«Lo sorprendente es que cada reactivo, o combinación de reactivos, produce un patrón distinto. De hecho, la sustancia química deja una ‘huella’ específica que nos permite identificar la composición química de la solución».

En la simulación, Moradi construyó una cámara de cuatro milímetros de cuadrado y un milímetro de altura, con 81 postes flexibles. Sólo unos pocos puestos en ubicaciones específicas se han combinado con tres tipos de enzimas.

«Si examinamos reacciones específicas, podemos comprender las formas en que contribuyen al patrón general. Como resultado, podemos controlar los patrones y ajustar su apariencia». Dijo Moradi. «Además, si los reactivos se agregan uno a la vez, podemos crear un caleidoscopio químico, ya que una muestra se transforma fácilmente en otra cuando la reacción agota los reactivos anteriores y se agrega un nuevo reactivo a la solución».

Shklyaev añadió que estos resultados son notables porque los postes corresponden a nodos electrónicos. «Los postes son como interruptores de encendido y apagado y se mueven en una determinada dirección dependiendo del flujo», dijo, «y los patrones revelan huellas dactilares químicas». La química ocurre a escala nanométrica y vemos patrones visibles a escala milimétrica. Hecho por un poste, que puede reflejar la luz y por lo tanto puede ser detectado a simple vista.

Al mismo tiempo, los resultados destacan una forma de dirigir el flujo en la cámara sin construir nuevas paredes para cada aplicación, lo que potencialmente aumenta la eficiencia de un dispositivo fluídico determinado.

«Nuestros experimentos utilizaron tres enzimas diferentes que nos permitieron producir muchos patrones diferentes en respuesta a solo tres sustancias químicas diferentes, porque cada una de las 81 publicaciones podría combinarse potencialmente con una enzima diferente. El número total de patrones posibles aumenta exponencialmente. Publicaciones. A nivel conceptual, los patrones son un análogo de la respuesta electroquímica que produce el cerebro para identificar olores o olores».

«Dado que cada reactivo deja una huella digital única, podemos crear una base de datos de muestras. Podemos usar esta base de datos para identificar una sustancia química peligrosa o una toxina transmitida por el agua a partir de las muestras generadas en esa base de datos», dijo Balzcz. Nuestro sistema para identificar una coincidencia comparando a otros. Se basa en un conjunto de herramientas simple y portátil que le permite agregar químicos a una cámara y el patrón visual resultante identifica la sustancia. Es una nariz química elegante pero simple».