Nos živog organizma je u suštini biološki detektor molekula koji šalje neurološke signale u mozak, koji zatim dekodira određeni miris. Ljudski nosovi, sa šest miliona olfaktornih receptora, mogu razlikovati više od triliona mirisa, dok neki pseći nose i do 300 miliona receptora, koji obezbeđuju povećanu osetljivost u delovima po trilionu.
„Elektronski nosovi“ su elektronski uređaji koji mogu da „njuše“ i identifikuju isparene mirise i ukuse. Obično povezani sa značajnom količinom laboratorijske opreme, ovi sintetički nosovi nisu lako prenosivi, što motiviše istraživače da osmisle nove, prenosive senzore koji mogu da identifikuju širok spektar hemikalija.
Istraživači na Univerzitetu u Pitsburgu Svanson School of Engineering su unapredili taj potencijal dizajnirajući sistem malih razmera koji formira trodimenzionalne obrasce, koji služe kao hemijski „otisci prstiju“ koji omogućavaju identifikaciju hemikalija u rastvorima. Glavni istraživač je Anna C. Balazs, uvaženi profesor hemijskog inženjerstva, sa glavnim autorom i postdoktorom Muslimom Moradijem, i postdoktorom Olegom E. Škljajevim. Rad se pojavljuje u časopisu PNAS.
„Katalizatori su visoko selektivni; samo određeni reaktanti mogu pokrenuti određenu katalitičku reakciju. Zbog ove selektivnosti, katalizatori u rastvoru mogu otkriti identitet reaktanata. Ako se tečnosti dodaju pravi reaktanti, onda rezultirajuća reakcija generiše spontanu reakciju. protok tečnosti; tok, zauzvrat, može savijati i oblikovati fleksibilne objekte uronjene u rastvor“, objasnio je Balazs.
„Ako su fleksibilni stubovi vezani za bazu komore ispunjene tečnošću i obloženi specifičnim enzimima, onda će dodati reaktanti naterati stubove da se savijaju u različitim pravcima i formiraju različite vizuelne obrasce.
„Ono što je neverovatno je da svaki reaktant, ili kombinacija reaktanata, proizvodi poseban obrazac. U stvari, hemikalije ostavljaju prepoznatljiv ‘otisak prsta’, koji nam omogućava da identifikujemo hemijski sastav rastvora.“
U simulaciji, Moradi je konstruisao komoru četiri kvadratna milimetra i visinu jednog milimetra, sa 81 fleksibilnim stubom. Samo nekoliko postova na određenim lokacijama bilo je obloženo jednim od tri tipa enzima.
„Ako ispitamo specifične reakcije, možemo uočiti oblike koji oni doprinose ukupnom obrascu. Shodno tome, možemo kontrolisati obrasce i podesiti njihov izgled.“ rekao je Moradi. „Štaviše, ako se reaktanti dodaju jedan po jedan, možemo formirati hemijski kaleidoskop dok se jedan obrazac glatko pretvara u drugi kada se prethodni reaktanti potroše reakcijom i novi reaktant se dodaje rastvoru.
Škljajev je dodao da su ovi rezultati zapaženi jer su stubovi slični elektronskim čvorovima. „Stubovi su poput prekidača za uključivanje-isključivanje i kreću se u određenom pravcu regulisanom protokom“, rekao je on, „a obrasci otkrivaju hemijske otiske prstiju. Hemija se dešava na nanoskali, a mi posmatramo na milimetarskoj skali vidljive obrasce formiran od stuba, koji može reflektovati svetlost i na taj način se može otkriti golim okom.“
Istovremeno, nalazi ističu način usmeravanja toka u komori bez izgradnje novih zidova za svaku primenu, potencijalno proširujući korisnost datog fluidnog uređaja.
„Naši testovi su koristili tri različita enzima koji nam omogućavaju da generišemo više različitih obrazaca kao odgovor na samo tri različite hemikalije. Pošto bi svaki od 81 stuba potencijalno mogao biti obložen drugim enzimom, ukupan broj mogućih obrazaca raste eksponencijalno sa brojem Na konceptualnom nivou, obrasci su analogni elektrohemijskim reakcijama koje mozak daje da identifikuje mirise ili mirise.“
Balaž je rekao: „Pošto svaki reaktant ostavlja određeni otisak prsta, možemo da formiramo bazu podataka uzoraka. Možemo da koristimo ovu bazu podataka za otkrivanje opasne hemikalije ili toksina koji se prenosi vodom upoređivanjem generisanog uzorka sa drugima u bazi podataka kako bismo identifikovali podudaranje. Naš sistem postavlja osnovu za jednostavan, prenosivi komplet alata koji vam omogućava da dodate hemikaliju u komoru i rezultujući vizuelni obrazac identifikuje supstancu. To je prelep, ali jednostavan hemijski nos.“
