Japonský objev: Chytrý senzor si pamatuje molekuly a dynamicky se jim přizpůsobuje

Vědci z japonské univerzity v Ósace ve spolupráci s dalšími institucemi vyvinuli průlomový autonomní senzor, který dokáže nejen detekovat molekuly, ale také si „pamatovat“ předchozí interakce a selektivně na ně reagovat.

Vědci z japonské univerzity v Ósace ve spolupráci s dalšími institucemi vyvinuli průlomový autonomní senzor, který dokáže nejen detekovat molekuly, ale také si „pamatovat“ předchozí interakce a selektivně na ně reagovat. Tento objev, publikovaný v časopise ACS Nano, pokládá základy pro zcela novou generaci chytrých molekulárních senzorů, inspirovaných komplexními funkcemi živých systémů.

Na rozdíl od většiny stávajících senzorů, které fungují jako pasivní detektory s pevně danou strukturou, nový přístroj využívá pevnolátkovou nanopóru, jež neustále mění svou vlastní strukturu prostřednictvím chemických reakcí. Tím vytváří dynamické prostředí pro snímání. Běžné nanopóry jsou miniaturní otvory o šířce několika miliardtin metru, které detekují molekuly jako DNA nebo proteiny měřením změn elektrického proudu, když jimi molekuly procházejí. Jejich chování je však řízeno externí elektronikou.

„Naše nanopóra funguje jinak,“ vysvětluje hlavní autor Makusu Tsutsui. „Při konstantním napájení se uvnitř póru opakovaně vytvářejí a rozpouštějí drobné minerální usazeniny. Tento nepřetržitý cyklus způsobuje, že se nanopóra sama opakovaně otevírá a zavírá, čímž produkuje záblesky elektrických signálů bez jakéhokoli externího přepínání.“ Tyto neustále se měnící otvory vytvářejí jedinečné prostředí. Když nukleotidy a aminokyseliny procházejí póry, ovlivňují probíhající chemické reakce a mění způsob, jakým se nanopóra v průběhu času vyvíjí.

„Různé molekuly mění velikost, trvání a načasování elektrických špiček odlišnými způsoby, čímž účinně zanechávají jedinečné elektrické signatury,“ doplňuje Tomoji Kawai, vedoucí autor studie. „Jelikož každý signál závisí také na nedávné ‚paměti‘ nanopóry, zařízení se chová jako pamatující si, chemicky aktivní senzor.“ Tato schopnost učení a adaptace otevírá dveře k vývoji vysoce citlivých a selektivních senzorů, které by mohly mít zásadní dopad na diagnostiku nemocí, vývoj léků a monitorování životního prostředí.