Data publikacji w serwisie:

Prof. Jerzy J. Langer. Detektor czulszy od psiego nosa

Wykryje miligram narkotyku w kieszeni, dopalacze i raka płuc. A po godzinach rozróżni kawy pochodzące z wielu stron świata i, co zaskakujące, bimber od whisky. Czy to superpies policyjny? Nie, to nanochemodetektor, który wymyślił Prof. Jerzy Langer z Pracowni Fizykochemii Materiałów i Nanotechnologii UAM.

Pierwszy był nanobiodetektor. Prof. Jerzy J. Langer z zespołem Pracowni Fizykochemii Materiałów i Nanotechnologii wymyślił i skonstruował miniaturowy czujnik, który wykrywa mikroorganizmy, w tym groźnego wąglika; mało tego - potrafi w krótkim czasie zidentyfikować znacznie szersze spektrum bakterii, ich przetrwalników i wirusów niż standardowe techniki detekcyjne. Tradycyjnie bakterie można wykryć namnażając je, ale metoda ta zawodzi w przypadku np. niektórych szczepów cholery. Jednak nanobiodetektor świetnie radzi sobie z tym ograniczeniem.

Profesor pokazuje maleńką konstrukcję: - Proszę spojrzeć, tutaj jest czujnik, a tam dwie elektrody. W środku mamy szczelinę rzędu kilku mikrometrów, znajduje się w niej siateczka włókienek polimerowych o średnicy mikro- i nanometrycznej – to czysty polimer lub kompozyt, przewodzące prąd elektryczny. Kanałem przepływowym płynie ciecz z bakteriami. Kiedy bakterie znajdą się w pobliżu czujnika, zmieniają przewodnictwo elektryczne włókienek i pojawia się sygnał, który rejestrujemy. Jego charakter zależy od rodzaju mikroorganizmów. Wystarczy, żeby w próbce znalazła się ich niewielka liczba - w ciągu kilkudziesięciu sekund układ, wspomagany odpowiednio oprogramowanym komputerem, poda ich nazwę oraz ilość w jednostce objętości.

Nanobiodetektor powstał w ramach projektów zorientowanych na zastosowania w zakresie wykrywania skażeń biologicznych. Jeden z nich sfinansowała amerykańska agencja DARPA - Defense Advanced Research Projects Agency (Agencja Zaawansowanych Projektów Badawczych w Obszarze Obronności), zajmująca się frontowymi badaniami; drugi, polski, o charakterze ochronnym, wsparło Narodowe Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR). W tym przypadku nanobiodektektor był elementem mobilnego laboratorium zagrożeń. Jednak urządzenie można wykorzystywać nie tylko w obronie wojskowej i cywilnej, ale również w monitoringu stanu czystości wód, czy diagnostyce medycznej.

Genialne rzeczy są proste

Na podobnej zasadzie działa kolejny wynalazek profesora - nanochemodetektor. Pracuje on w atmosferze powietrza i zamiast pobierać odrobinę płynu, reaguje na pary i gazy wydzielane przez badane substancje lub ich mieszaniny. Sygnał generowany jest w wyniku następujących po sobie procesów sorpcji-desorpcji cząsteczek analizowanej substancji na przewodzących mikro- i nanowłóknach. W tym celu w konstrukcji zainstalowano miniaturowy układ grzejny.

- Gdy temperatura rośnie, następuje desorbcja (uwalnianie), a jak wyłączymy impuls grzejny - sorbcja (pochłanianie). Detektor rejestruje charakterystyczny przebieg procesu sorbcji i desorbcji w postaci zmian przewodnictwa elektrycznego w funkcji czasu. Komputer analizuje kształt tego sygnału i wyznacza jego parametry. Dane trafiają do bazy, co stanowi podstawę rozpoznawania i identyfikacji substancji - wyjaśnia naukowiec.

Układ jest bardzo prosty, ale inteligentny - sam uczy się identyfikować nieznaną substancję na podstawie wcześniej podanego wzorca. Potrafi ją wykryć i podać nazwę w ciągu 2 minut! Można powiedzieć, że działa jak nos - wącha i mówi, co to jest. Urządzenie wykrywa subtelne różnice między bardzo podobnymi substancjami np. identyfikuje różne gatunki kaw, herbat, alkoholi, a nawet rozróżnia izomery środków psychoaktywnych. - To mnie zaskoczyło, bo urządzenie jest proste. No, ale genialne rzeczy takie właśnie są – żartuje profesor.

Cały artykuł dostępny na Uniwersyteckie.pl

tekst: Ewa Konarzewska-Michalak

fot. Adrian Wykrota