Il naso bioelettronico rileva gli agenti gassosi di guerra chimica

Jul 24, 2023

Credito: Design Cells / iStock / Getty Images Plus

Collegando i recettori olfattivi umani a un sensore a base di grafene, i ricercatori hanno creato una piattaforma nasale bioelettronica per rilevare un agente nervino per affrontare i rischi di biosicurezza e supportare la gestione delle crisi mediche. So-ong Kim della Seoul National University e Sung Gun Kim di Samsung Electronics hanno guidato un team di ricercatori nella realizzazione di un naso bioelettronico con il recettore olfattivo umano 2T7 (hOR2T7) per rilevare il dimetil metilfosfonato (DMMP), un composto spesso utilizzato nei neuroni. agenti.

L'articolo di ricerca, "Sensore Ni-rGO combinato con nanodischi incorporati nel recettore olfattivo umano per il rilevamento di DMMP in fase gassosa come simulante di agenti nervosi", è stato pubblicato su ACS Sensors.

I sensori di gas per applicazioni militari e di sicurezza richiedono attributi importanti, tra cui sensibilità a livello di tracce nell'intervallo da ppm a ppb, selettività per la discriminazione, risposta rapida, funzionamento semplice, produzione su larga scala, miniaturizzazione e basso consumo energetico. I nasi bioelettronici sono biosensori con funzioni e componenti simili ai sistemi di rilevamento olfattivi umani, come i recettori olfattivi umani. Queste grandi famiglie di recettori accoppiati a proteine ​​G (GPCR) agiscono come rilevatori di diverse molecole all'interfaccia tra i composti chimici e il rilevamento biologico. I recettori olfattivi umani possono essere prodotti a buon mercato e in grandi quantità con l’E. coli e, quando vengono combinati con nanomateriali come il grafene, possono essere più sensibili alle molecole bersaglio pur mantenendo la loro affinità per esse.

Precedenti ricerche hanno dimostrato che quando hOR2T7 viene utilizzato con un transistor ad effetto di campo a nanotubi di carbonio, può rilevare il DMMP dopo che è stato ricostituito utilizzando micelle detergenti, che sono aggregati colloidali stabili di monomeri detergenti con le estremità non polari nascoste verso l'interno. Sfortunatamente, si limitava a rilevare i ligandi in un mezzo liquido anziché gassoso.

Per rilevare il DMMP nella fase gassosa, i ricercatori hanno sintetizzato hOR2T7 nel sistema E. coli e poi lo hanno ricostituito sotto forma di nanodischi per questo studio. I nanodischi, costituiti da recettori olfattivi umani, lipidi e una proteina di impalcatura di membrana che lega strettamente i lipidi e i recettori, sono stati scelti come il materiale migliore per i sensori di gas grazie alla loro maggiore stabilità in varie condizioni. Realizzando un sensore da ossido di grafene ridotto rivestito di nichel (Ni-rGO) e nanodischi hOR2T7 opportunamente orientati, il DMMP in fase gassosa potrebbe essere rilevato in modo sensibile e selettivo. Hanno dimostrato che il naso bioelettronico è in grado di rilevare il gas DMMP in modo selettivo e ripetuto a una concentrazione di una parte per miliardo (ppb). Il gas Sarin, uno degli agenti nervini più tossici, provoca la morte entro 10 minuti dall'inalazione a una concentrazione superiore a 66 ppb.

Questo naso bioelettronico sensibile e selettivo può essere uno strumento pratico per rilevare agenti gassosi di guerra chimica in campo militare e di sicurezza. Sono necessari ulteriori studi per esplorarne l’utilizzo in campi pratici, compreso il rilevamento del gas DMMP nell’aria a diversi livelli di umidità e temperatura, nonché l’esecuzione di test con agenti nervini reali come il gas Sarin. Tuttavia, questa tecnologia può offrire una strategia promettente per lo sviluppo di sensori specifici per i gas nervini con l’elevata sensibilità e selettività dei recettori olfattivi umani.