Nariz bioeletrônico detecta agentes gasosos de guerra química

Jul 24, 2023

Crédito: Design Cells / iStock / Getty Images Plus

Ao conectar receptores olfativos humanos a um sensor baseado em grafeno, os pesquisadores criaram uma plataforma nasal bioeletrônica para detectar um agente nervoso para lidar com riscos de biossegurança e apoiar o gerenciamento de crises médicas. So-ong Kim, da Universidade Nacional de Seul, e Sung Gun Kim, da Samsung Electronics, lideraram uma equipe de pesquisadores na fabricação de um nariz bioeletrônico com o receptor olfativo humano 2T7 (hOR2T7) para detectar dimetilmetilfosfonato (DMMP), um composto frequentemente usado em nervos. agentes.

O artigo de pesquisa, “Sensor Ni-rGO combinado com nanodiscos incorporados em receptor olfativo humano para detecção de DMMP em fase gasosa como simulador de agentes nervosos”, foi publicado na ACS Sensors.

Sensores de gás para aplicações militares e de segurança exigem atributos importantes, incluindo sensibilidade em nível de traço na faixa ppm a ppb, seletividade para discriminação, resposta rápida, operação simples, produção em larga escala, miniaturização e baixo consumo de energia. Nariz bioeletrônico são biossensores com funções e componentes semelhantes aos sistemas de detecção olfativa humana, como os receptores olfativos humanos. Essas grandes famílias de receptores acoplados à proteína G (GPCRs) atuam como detectores para diversas moléculas na interface entre os compostos químicos e a detecção biológica. Os receptores olfativos humanos podem ser produzidos de forma barata e em grandes quantidades com E. coli, e quando são combinados com nanomateriais como o grafeno, podem ser mais sensíveis às moléculas-alvo, mantendo a sua afinidade por elas.

Pesquisas anteriores mostraram que quando hOR2T7 é usado com um transistor de efeito de campo de nanotubo de carbono, ele pode detectar DMMP depois de ter sido reconstituído usando micelas de detergente, que são agregados coloidais estáveis ​​de monômeros de detergente com as extremidades não polares dobradas para dentro. Infelizmente, limitou-se à detecção de ligantes em meio líquido em vez de gasoso.

Para detectar DMMP na fase gasosa, os pesquisadores sintetizaram hOR2T7 no sistema E. coli e depois o reconstituíram como nanodiscos para este estudo. Nanodiscos, compostos por receptores olfativos humanos, lipídios e uma proteína de estrutura de membrana que liga fortemente os lipídios e receptores, foram escolhidos como o melhor material para sensores de gás devido à sua maior estabilidade em várias condições. Ao fazer um sensor a partir de óxido de grafeno reduzido revestido de níquel (Ni-rGO) e nanodiscos hOR2T7 devidamente orientados, o DMMP em fase gasosa pode ser detectado de forma sensível e seletiva. Eles mostraram que o nariz bioeletrônico poderia detectar o gás DMMP seletiva e repetidamente a uma concentração de uma parte por bilhão (ppb). O gás Sarin, um dos agentes nervosos mais tóxicos, causa a morte 10 minutos após a inalação em uma concentração acima de 66 ppb.

Este nariz bioeletrônico sensível e seletivo pode ser uma ferramenta prática para detectar agentes gasosos de guerra química em campos militares e de segurança. Mais estudos são necessários para explorar sua utilização em campos práticos, incluindo a detecção de gás DMMP no ar em diferentes níveis de umidade e temperatura, bem como a realização de testes com testes reais de agentes nervosos, como o gás sarin. No entanto, esta tecnologia pode oferecer uma estratégia promissora para o desenvolvimento de sensores específicos para gases de agentes nervosos com alta sensibilidade e seletividade dos receptores olfativos humanos.