Nariz bioelectrónica detecta agentes gaseosos de guerra química

Jul 24, 2023

Crédito: Células de diseño / iStock / Getty Images Plus

Al conectar receptores olfativos humanos a un sensor basado en grafeno, los investigadores han creado una plataforma nasal bioelectrónica para detectar un agente nervioso con el fin de abordar los riesgos de bioseguridad y apoyar la gestión de crisis médicas. So-ong Kim de la Universidad Nacional de Seúl y Sung Gun Kim de Samsung Electronics dirigieron un equipo de investigadores para crear una nariz bioelectrónica con el receptor olfativo humano 2T7 (hOR2T7) para detectar dimetilmetilfosfonato (DMMP), un compuesto que se utiliza a menudo en los nervios. agentes.

El artículo de investigación, “Sensor Ni-rGO combinado con nanodiscos integrados en receptores olfativos humanos para detectar DMMP en fase gaseosa como simulador de agentes nerviosos”, se publicó en ACS Sensors.

Los sensores de gas para aplicaciones militares y de seguridad requieren atributos importantes, incluida la sensibilidad a nivel de trazas en el rango de ppm a ppb, selectividad para la discriminación, respuesta rápida, operación simple, producción a gran escala, miniaturización y bajo consumo de energía. Las narices bioelectrónicas son biosensores con funciones y componentes similares a los sistemas de detección olfativos humanos, como los receptores olfativos humanos. Estas grandes familias de receptores acoplados a proteína G (GPCR) actúan como detectores de varias moléculas en la interfaz entre los compuestos químicos y la detección biológica. Los receptores olfativos humanos se pueden fabricar de forma económica y en grandes cantidades con E. coli, y cuando se combinan con nanomateriales como el grafeno, pueden ser más sensibles a las moléculas objetivo y al mismo tiempo mantener su afinidad por ellas.

Investigaciones anteriores han demostrado que cuando se usa hOR2T7 con un transistor de efecto de campo de nanotubos de carbono, puede detectar DMMP después de haber sido reconstituido usando micelas de detergente, que son agregados coloidales estables de monómeros de detergente con los extremos no polares metidos hacia adentro. Desafortunadamente, se limitó a detectar ligandos en un medio líquido en lugar de gaseoso.

Para detectar DMMP en fase gaseosa, los investigadores sintetizaron hOR2T7 en el sistema de E. coli y luego lo reconstituyeron en forma de nanodiscos para este estudio. Los nanodiscos, compuestos por receptores olfativos humanos, lípidos y una proteína de estructura de membrana que une firmemente los lípidos y los receptores, han sido elegidos como el mejor material para sensores de gas debido a su mayor estabilidad en diversas condiciones. Al fabricar un sensor a partir de óxido de grafeno reducido (Ni-rGO) recubierto de níquel y nanodiscos hOR2T7 orientados adecuadamente, se pudo detectar DMMP en fase gaseosa de manera sensible y selectiva. Demostraron que la nariz bioelectrónica podía detectar gas DMMP de forma selectiva y repetida en una concentración de una parte por mil millones (ppb). El gas sarín, uno de los agentes nerviosos más tóxicos, causa la muerte a los 10 minutos de inhalarlo en una concentración superior a 66 ppb.

Esta nariz bioelectrónica sensible y selectiva puede ser una herramienta práctica para detectar agentes de guerra química gaseosos en los campos militar y de seguridad. Se necesitan más estudios para explorar su utilización en campos prácticos, incluida la detección de gas DMMP en el aire a diferentes niveles de humedad y temperatura, así como la realización de pruebas con pruebas de agentes nerviosos reales, como el gas sarín. Sin embargo, esta tecnología puede ofrecer una estrategia prometedora para desarrollar sensores específicos para gases de agentes nerviosos con la alta sensibilidad y selectividad de los receptores olfativos humanos.