"من البروتينات البكتيرية إلى أجهزة كشف الأمونيا"

تمكن فريق من الباحثين من جامعة ماساتشوستس من تطوير كاشف إلكتروني "أخضر" بأداء ممتاز

في مقال نشر منذ فترة طويلة في مجلة NanoResearch العلمية، تمكن فريق من الباحثين من جامعة ماساتشوستس من تطوير كاشف إلكتروني حيوي لاستشعار غاز الأمونيا بأعلى حساسية معروفة حتى الآن. وتستخدم الكاشفات أسلاكًا بروتينية تقوم بتوصيل شحنة كهربائية، وهو بروتين مشتق من بكتيريا Geobacter، بهدف توفير مواد حيوية يمكن استخدامها في الأجهزة الإلكترونية.

منذ أكثر من ثلاثين عامًا، اكتشف عالم الأحياء الدقيقة ديريك لوفلي بكتيريا جيوباكتر في طين النهر. تقوم البكتيريا بتنمية خيوط بروتينية على شكل شعيرات تستخدم كأسلاك نانومترية الغرض منها نقل الشحنات لتغذيتها والتواصل مع البكتيريا الأخرى. وأوضح الباحثون أنهم طوروا هذا الكاشف المبتكر ليتمكن من قياس تركيزات الأمونيا، نظرا لأهمية هذا الغاز في مجالات الزراعة والبيئة والطب الحيوي. فمثلا عند الإنسان قد يدل غسول الفم الذي يحتوي على الأمونيا على وجود مرض، أما في مزارع الدواجن فيجب أن يخضع هذا الغاز للمراقبة الدقيقة مع ضبط تركيزاته لصالح صحة الطيور ومنع الاختلالات الصحية وخسائر الإنتاج. ويوضح الباحث: "هذا الكاشف يجعل من الممكن إجراء الاستشعار بدقة كبيرة؛ إنه أكثر كفاءة بكثير من أجهزة الكشف الإلكترونية الموجودة. لم نتوقع أن تعمل هذه الكاشفات بهذه الفعالية. وأعتقد حقًا أن هذه الكاشفات سيكون لها عواقب إيجابية بشكل خاص على البشرية". ويوضح الباحث أن أجهزة كشف الإلكترون الموجودة غالبا ما تكون ذات حساسية محدودة أو منخفضة، وتكون حساسة لوجود غازات أخرى موجودة في بيئة الاختبار. بالإضافة إلى مزايا الكاشف الجديد في شكل وظيفة أكثر كفاءة وتكلفة منخفضة، "إن أجهزة الكشف لدينا قابلة للتحلل الحيوي بحيث لا تخلق نفايات للمكونات الإلكترونية ويتم إنتاجها بشكل مستدام بواسطة البكتيريا باستخدام مواد خام متجددة وبدون باستخدام مواد سامة".

كان من المعروف بالفعل أن التوصيل الكهربائي لأسلاك البروتين النانوية يتغير استجابةً لمستوى الحموضة - مستوى الحمض أو القاعدة - للمحلول الذي توجد فيه أسلاك البروتين النانوية. هذه الحقيقة دفعت الباحثين إلى دراسة فكرة أن هذه الخيوط يمكن أن تستجيب بشكل فعال للارتباط بالجزيئات واستخدامها في مجال الاستشعار الحيوي. ويوضح الباحث: "إذا قمت بتعريض الخيوط لمادة كيميائية، فإن خصائصها تتغير وبالتالي يمكن قياس التفاعل". ويضيف الباحث أنه عندما قام الباحثون بتعريض الأسلاك للأمونيا، "كانت الاستجابة ملحوظة وقابلة للقياس حقًا". "لقد لاحظنا بالفعل في بداية البحث أنه يمكن تعديل أجهزة الكشف حتى تتمكن من التعبير عن الاستجابة المهمة. إنها حساسة حقًا للأمونيا وبدرجة أقل للمركبات الأخرى، لذلك يمكن أن يكون الكاشف انتقائيًا بشكل خاص." ووفقا للباحثين، فإن الأسلاك النانوية "مستقرة للغاية"، لفترة طويلة؛ الكاشف نشط ومستقر باستمرار حتى بعد أشهر من الاستخدام، ويعمل بشكل ممتاز. يقول الباحث الرئيسي: "هذه الأسلاك البروتينية النانوية تدهشني دائمًا. وهذا الاستخدام المبتكر يختلف تمامًا عن أي مجال آخر تم استخدامه في الماضي. في وقت سابق، استخدم الباحثون هذه الأسلاك النانوية لتوليد الطاقة من الرطوبة واستخدامها كذاكرة ذاكرية (ويكيبيديا) للحوسبة البيولوجية. ومع ذلك، فإن الاستخدام الحالي مبتكر وفريد ​​من نوعه.

الاخبار

[نموذج اتصال] [تسمية حقل الاتصال = "الاسم" اكتب = "الاسم" مطلوب = "صحيح" /] [تسمية حقل الاتصال = "البريد الإلكتروني" نوع = "البريد الإلكتروني" مطلوب = "صحيح" /] [جهة الاتصال- تسمية الحقل =”موقع” type=”url” /][contact-field label=”message” type=”textarea” /[/contact-form]

ه على البحوث

ملخص المقال