Inspiriert durch Natürliche Signale in lebenden Zellen, Forscher design künstliche gas Detektor: Kleine box setzt sich zusammen und verglimmt

Ein cube-one-vierzigsten von der Größe eines menschlichen roten Blutkörperchen zum glühen, wenn es erkennt entzündbares gas. Der nanocube, entwickelt von Chemikern an der Universität von Tokyo, ist Teil eines Forschungs-Projekts zur Entwicklung künstlicher Systeme, die imitieren die komplexe Kette von Ereignissen innerhalb lebender Zellen.

Das Forscherteam hat sich auf den nanocube-Projekt seit über einem Jahrzehnt. Ein wesentliches Merkmal der nanocube, die nur zwei Nanometer auf jeder Seite, ist, dass es setzt sich zusammen, versuchen zu imitieren die Art und Weise die Proteine und die DNA setzen sich gemeinsam in lebenden Zellen.

Imitiert Leben

„Die Leute denken automatisch über die Geräte, wenn wir reden über sensoren. Aber es gibt viele Natürliche Beispiele von sensoren im Körper“, sagt Professor Shuichi Hiraoka, der leitende Forscher auf dem Projekt von der University of Tokyo, Department of Basic Science.

Die basic-Kette von Ereignissen in einer Zelle zu erkennen und zu melden-signal hat drei Schritte: 1) Ein rezeptor erkennt das target-Molekül, 2) der rezeptor sendet ein signal an die reporter und 3) der reporter überträgt das signal an anderer Stelle in der Zelle.

Die glühenden nanocube vereinfacht das system, weil es sowohl der rezeptor (der im inneren des Würfels) und die Reporterin (die Glut).

„Auf diese Weise vermeiden wir das problem der übertragung von Informationen von den Rezeptoren der reporter,“ erklärt Hiraoka.

Nanocube-sensoren vollständig umhüllen die Moleküle, die Sie enthalten, das heißt, Sie könnte besonders nützlich für die Unterscheidung zwischen Molekülen, die geformt sind wie einfache Ketten von verschiedenen Längen (Alkane), ohne die einzigartige funktionelle Gruppen.

Leuchtet mit gas

Die neueste Analyse zeigt, dass die nanowürfeln leuchtet blau unter UV – (UV -) Licht, wenn gefüllt mit Flüssiggas (LPG), eine Art von brennbarem gas.

Die Chemikalie, die der Würfel ist aus ist ein weißes Pulver, wenn Sie trocken, aber wenn es mit Wasser gemischt, sechs-Gang – oder snowflake-förmige Moleküle, die automatisch miteinander verbunden und bilden den Würfel. Der Natürliche glow, oder Fluoreszenz, der nanowürfeln ist ein Gleichgewicht von zwei konkurrierenden physikalischen Eigenschaften dieser Moleküle: Das glühen ist eingeschränkt, wenn die Moleküle übereinander gestapelt sind wie Pfannkuchen, sondern wird verstärkt, wenn die Moleküle gesperrt sind vorhanden und leicht gestreckt neben einander.

Drei Moleküle kommen zusammen an jeder Ecke des Würfels, so dass Ihre Ränder sind „gestapelt“ zusammen, wodurch die Glut. Wenn der Würfel füllt sich mit gas, die Ecken wölben sich leicht und das stretch-verstärkt den Glanz.

Nanocube gas-Detektoren

Die Forscher Bauten eine günstige, einfache gas-Detektor mit nur den nanowürfeln, einen gemeinsamen UV-Licht und einem fluoreszierenden Licht-Detektor.

Die nanowürfeln sind so empfindlich wie alle aktuellen gas-Detektor, das heißt, Sie erkennen sehr geringe Mengen von LPG.

Jedoch, die nanowürfeln sind unglaublich spezifisch für die LPG. Sie tun nicht erkennen, dass andere ähnliche Arten von brennbaren Gasen, wie Methan (Erdgas) oder Kohlendioxid (CO2). Diese Besonderheit wahrscheinlich tritt auf, weil genau drei Moleküle von LPG-slot in wie Blöcke in das Spiel Tetris für eine perfekte Passform im inneren der nanocube.

Gemeinsame gas-Detektoren nicht über diese Besonderheit und es ertönt ein alarm, der für jede Art von gefährlichen gas.

„Die Tatsache, dass die gängigen sensoren nicht unterscheiden kann, diese ähnlichen Gasen ist wirklich kein problem, denn Sie sind alle gefährlich für uns“, sagt Hiraoka.

Eher als design einer neuen gas-Detektor, der von den Forschern wahre Ziel ist, zu imitieren, die komplexe Kette von Ereignissen erkennen und melden von Signalen in lebenden Zellen.

Die Forscher planen, zusätzliche Projekte zu verändern, die die Bausteine der nanowürfeln, so dass die Würfel erkennen kann, verschiedene Moleküle und berichten von unterschiedlichen Signalen.