211service.com
Umělý nos na bázi DNA
Vědci našli způsob, jak rychle identifikovat, které sekvence DNA jsou ideální pro detekci konkrétního zápachu, a proměnit vysušenou DNA na detektory zápachu. Zatímco mnoho výzkumníků pracuje na elektronickém nosu pro detekci toxinů a výbušnin, tato nová platforma by mohla být použita k vytvoření široké řady senzorů pomocí stávajícího vysoce výkonného molekulárně-biologického zařízení.
Chytrý sniffer: Cogniscentův elektronický nos (nahoře) nyní používá senzory vyrobené z krátkých sekvencí jednovláknové DNA, které dokážou detekovat toxické a výbušné chemikálie ve vzduchu.
Nyní můžeme udělat microarray 20 000 senzorů… a vybrat ty senzory, které nejlépe reagují na pachy, které nás zajímají, říká vedoucí výzkumník Joel White z Vědomý , společnost se sídlem v North Grafton, MA, která vyrábí zařízení pro detekci zápachu.
Ve srovnání s umělými senzorovými technologiemi vyvinutými pro zrak a sluch je naše schopnost napodobovat chemické smysly – čich a chuť – relativně primitivní. Pro detekci výbušných materiálů, jako je TNT, vědci obvykle navrhují vysoce specifické polymery, které fluoreskují, když přijdou do kontaktu s cílovými sloučeninami. Ale vybudování obecnější platformy elektronického nosu, která by dokázala detekovat širší škálu chemikálií, nebylo možné.
Během posledního desetiletí White a neurovědec John Kauer z Tufts University pracují na vylepšení svého patentovaného elektronického nosu, ručního zařízení, které obsahuje pole 16 typů senzorů vyrobených ze syntetických polymerů. Tyto polymery jsou zkříženě reaktivní, takže několik typů senzorů může změnit tvar v reakci na jediný zápach – design analogický s lidským nosem. Polymery jsou obarveny fluorescenčním markerem a jejich aktivační vzory mohou být monitorovány pomocí optických elektronických senzorů a analyzovány vestavěným mikroprocesorem. Ale po 10 letech tvrdé práce byla dvojice schopna začlenit pouze asi 50 syntetických polymerů - mnohem méně než odhadovaných 1 000 senzorů v lidském nose, které mohou reagovat na asi 10 000 různých pachů.
Před několika lety se duo rozhodlo otestovat DNA – přírodní polymer, který je všudypřítomný v biologických laboratořích, kde vědci tráví většinu svého času. Když jsme o tom poprvé začali mluvit s lidmi, nikdo si nepředstavoval, že barvivem značená DNA vysušená na substrátu bude reagovat na pachy, říká White.
Vědci začali své experimenty náhodně: vychytáváním krátkých kousků jednovláknové a dvouvláknové DNA ze sousedních laboratoří v Tufts a sledováním jejich reakcí na několik standardních sloučenin. Jejich první experimenty s barvivem značenou dvouvláknovou DNA jim daly náznak, že by tento přístup mohl fungovat, ale všechny sekvence, které vyzkoušeli, reagovaly na pachy stejným způsobem.
Jednovláknová DNA na druhé straně poskytovala opakovatelné reakce na pachy a tato reakce závisela na specifické sekvenci čtyř typů nukleotidů, které tvoří genetický kód. S typickou sekvencí dlouhou asi 20 nukleotidů má tým potenciál vytvořit miliony typů senzorů. V aktuálním čísle PLoS biologie , výzkumníci popisují odezvu pouhých 30 sekvencí, ale White říká, že nyní identifikovali stovky užitečných sekvencí DNA, včetně jedné, která reaguje na parní signaturu nášlapných min obsahujících TNT – neobvyklé zjištění svědčící o všestrannosti této techniky.
Alan Gelperin ve Philadelphii Monell Chemical Senses Center považuje objev za významný krok. Celému oboru brání nedostatek rozmanité senzorové technologie, říká. Toto je první ukázka toho, že [DNA] by mohla být použita tímto způsobem. Od prvního seznámení se s přístupem na konferenci Gelperin spolupracoval s fyzikem University of Pennsylvania Charlie Johnson posunout koncepci ještě o krok dále začleněním elektronického odečtu vyrobeného s uhlíkovými nanotrubkovými tranzistory.
White prozatím říká, že jeho tým začlenil jeho senzory DNA vedle syntetických polymerů do cílených projektů, včetně jednoho zařízení pro detekci plynného amoniaku, které by bylo užitečné pro varování pohotovostních jednotek při úniku toxických látek nebo pro monitorování znečištění z provozů hospodářských zvířat. Říká, že mezi vinaři je dokonce zájem o vývoj zařízení, které by mohlo pomoci vyčmuchat padělaná vína. To byla pro mě novinka, říká White se smíchem.