Sensor de explosivos: M.I.T. a la vanguardia

Nuevo sensor desarrollado por los ingenieros químicos del MIT puede detectar rastros diminutos de explosivos.

Sensor. Los investigadores del MIT utilizan nanotubos de carbono (en amarillo) cubierto de fragmentos de
proteínas para
detectar incluso una sola molécula de un explosivo, como la molécula de TNT que se muestra.

Los investigadores del MIT han creado un nuevo detector tan sensible que puede tomar una sola molécula de un explosivo como TNT.

Para crear los sensores, los ingenieros químicos dirigidoS por Michael Strano usan nanotubos en forma de cilindros huecos recubiertos de carbono y con el grosor de un átomo, construidos de carbón puro - con fragmentos de proteínas que normalmente se encuentran en el veneno de la abeja. Esta es la primera vez que se ha demostardo que las proteínas reaccionan a los explosivos, en concreto una clase conocida como compuestos aromáticos nitro-que incluye a TNT.

Si se desarrolla en dispositivos comerciales, tales sensores serían mucho más sensibles que los detectores de explosivos - de uso común en los aeropuertos, por ejemplo - que utilizan la espectrometría para analizar las partículas cargadas que se mueven por el aire.

"Los espectrómetros de movilidad de iones son utilizados ampliamente, ya que son baratos y muy confiables. Sin embargo, esta nueva generación de nanosensores pueden mejorar esto haciendo que el límite de detección final, [detectar] moléculas individuales de explosivos a temperatura ambiente y presión atmosférica ", dice Strano, Charles (1951) e Hilda Roddey Desarrollo Profesional Profesor Asociado de Química Ingeniería.

Un estudiante graduado en el laboratorio de Strano, Daniel Heller (ahora Damon Runyon Fellow en el MIT David H. Koch del Instituto Integral para la Investigación del Cáncer), es el autor principal de un artículo que describe la tecnología en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

Una huella digital única

Strano ha solicitado una patente sobre la tecnología, que hace uso de fragmentos de proteína llamados bombolitins. "Los científicos han estudiado estos péptidos, pero hasta donde sabemos, nunca han demostrado tener una afinidad por las moléculas de explosivos y reconocer de alguna manera", dice.

En los últimos años, el laboratorio de Strano ha desarrollado sensores de nanotubos de carbono para una variedad de moléculas, incluyendo el óxido nítrico, peróxido de hidrógeno y agentes tóxicos como el gas nervioso sarín. Estos sensores se aprovechan de la fluorescencia de nanotubos de carbono "natural", mediante el acoplamiento a una molécula que se une a un objetivo específico. Cuando el objetivo está activado, da brillo en los tubos fluorescentes o se atenúa.

El sensor nuevo de los explosivos funciona de una manera ligeramente diferente. Cuando el objetivo se une a la capa de proteinas del veneno de abeja de los nanotubos, desplaza la longitud de onda de la luz fluorescente, en lugar de cambiar su intensidad. Los investigadores construyeron un nuevo tipo de microscopio para leer la señal, que no se puede ver a simple vista. Este tipo de sensor, el primero de su tipo, es más fácil de trabajar con el porque no se ve influida por la luz ambiente.

"Para un sensor fluorescente, con la intensidad de la luz fluorescente para leer la señal es más propenso a errores y más ruidosa que la medición de una longitud de onda", dice Strano.

Cada combinación de nanotubos peptídicos reacciona de manera diferente a los diferentes compuestos nitro-aromáticos. Mediante el uso de varios nanotubos recubiertos en diferentes bombolitins diferentes, los investigadores pueden identificar una única "huella digital" de cada explosivo que puede ser el que se desee detectar. Los nanotubos también pueden detectar los productos de degradación de tales explosivos.

"Los compuestos tales como TNT se descomponen en el medio ambiente, la creación de otros tipos de moléculas, y los derivados también se pueden identificar con este tipo de sensor," dice Strano. "Debido a que las moléculas en el medio ambiente están en constante cambio a otras sustancias químicas, necesitamos plataformas de sensores que pueden detectar toda la red y las clases de productos químicos, en lugar de un solo tipo."

Los investigadores también mostraron que los nanotubos pueden detectar dos plaguicidas que son compuestos nitro-aromáticos y, lo que hace potencialmente útiles como sensores ambientales. La investigación fue financiada por el Instituto de Nanotecnologías de Soldado en el MIT.

Philip Collins, profesor de física en la Universidad de California en Irvine, dice que el nuevo enfoque es una extensión de la novela de trabajo previo Strano en sensores de nanotubos de carbono. "Es bueno lo que han hecho - en combinación de un par de cosas diferentes que no son sensibles a los explosivos, y han demostrado que la combinación es sensible", dice Collins, quien no participó en esta investigación.

La tecnología ya ha atraído el interés comercial y militar, dice Strano. Para que el sensor sea convertido en la práctica en uso generalizado, tendría que ir acompañado de un concentrador que debería estar comercialmente disponible y que permita lograr que cualquier grupo de moléculas que floten en el aire entren en contacto con los nanotubos de carbono.

"No quiere decir que estamos dispuestos a poner estos en el metro y detectar explosivos inmediatamente. Pero sí significa que ahora el sensor en sí mismo ya no es el cuello de botella ", dice Strano. "Si hay una molécula en una muestra, y si se puede llegar al sensor, ahora puede detectar y cuantificar la misma."

Otros investigadores del MIT que participan en el trabajo son investigadores posdoctorales ex Nitish Nair y Pablo Barone, los estudiantes Jingqing Zhang, Boghossian Ardemis y Nigel Reuel, George Pratt.

Autor:Anne Trafton, MIT News Office
Traducción: ESCRITOR DE LETRAS