I ricercatori dell'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign hanno sviluppato un sensore delle dimensioni di un francobollo in grado di rilevare tracce di alcuni agenti di guerra chimica, come il Sarin, entro pochi minuti. La ricerca è pubblicata su ACS Omega .

Il Sarin è un agente nervino artificiale che può diffondersi sotto forma di gas o liquido. Secondo il Centro per il controllo delle malattie, l'esposizione a grandi dosi stimolerà eccessivamente le ghiandole e i muscoli, e può portare a perdita di coscienza o insufficienza respiratoria. Anche piccole dosi possono causare una lunga lista di sintomi dolorosi e pericolosi.

"L'esposizione ad agenti nervini di basso livello porta a segni e sintomi ambigui che non possono essere facilmente discriminati da altre condizioni, che può comportare un ritardo nel trattamento e danni permanenti, " ha detto Paul Braun, professore di scienze e ingegneria dei materiali, e direttore dell'Illinois Materials Research Laboratory. "Se le tracce possono essere rilevate rapidamente, puoi prevenire danni permanenti alla salute umana."

"Sono disponibili sensori sofisticati, ma sono grandi e costosi, e quindi alcuni individui possono essere esposti al Sarin senza saperlo, ed è troppo tardi, " ha detto. "Gli attuali sensori in miniatura hanno mostrato solo la presenza di una tossina, non la quantità di esposizione." Anche i piccoli sensori esistenti potrebbero non essere sufficientemente sensibili per fornire una protezione adeguata.

La tecnologia stabilita in questo nuovo documento si basa sul lavoro precedente del gruppo Braun, che aveva sviluppato "buchi neri chimici" su piccole superfici di idrogel che attiravano molecole verso un sensore puntiforme tramite un gradiente di potenziale chimico.

Il gruppo di Braun sapeva che la tecnologia aveva del potenziale, ma necessitava di ulteriore sviluppo.

"Il problema era che le molecole si muovevano troppo lentamente, " disse Braun. "Ci vorrebbe da un'ora a un giorno per spostare le molecole di un centimetro, e non avevamo un ottimo modo per eseguire il rilevamento quantitativo".

Però, la tecnica chimica del buco nero ha dimostrato che la scienza dietro un gradiente chimico avrebbe funzionato, e il passo successivo è stato quello di trovare una "tecnica di rilevamento che potesse avere un impatto reale".

Sapendo che avevano bisogno di qualcosa di più piccolo delle molecole che si muovono lentamente, i ricercatori hanno esposto una versione sicura di una molecola simile al sarin all'enzima DFPase, provocando l'idrolisi della molecola, e scomporre in più parti. Una di queste parti era uno ione fluoruro caricato negativamente.

"Lo ione fluoruro è facile da rilevare elettrochimicamente, " disse Mohammad Amdad Ali, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Braun, e primo autore sulla carta. "E, perché è così piccolo, si muove molto più velocemente di una molecola. Se abbiamo una superficie con gradiente caricato positivamente focalizzando un punto al centro del sensore che piace molto (attira lo ione fluoruro), invece di impiegare ore, ci vogliono solo pochi minuti perché tutti gli ioni fluoruro finiscano in un punto."

"Siamo stati in grado di creare un film di gel che non solo ha scomposto la molecola, ma ha tirato gli ioni fluoruro caricati negativamente in un sensore specifico per ioni fluoruro incorporato nel punto centrale, e leggere quanto fluoro avevamo. Una volta che sappiamo quanto fluoro abbiamo, sappiamo a quanto Sarin è stato esposto il sensore, " ha detto Braun.

"Il sensore elettrochimico specifico per ioni fluoruro ha una soglia di rilevamento bassa, e quindi può rilevare un livello molto basso di ioni fluoruro, " ha detto Ali. "Con lo stato attuale del nostro sensore prototipo, potremmo rilevare la molecola simile al sarin depositata dall'aerosol da una concentrazione di vapore a partire da 0,01 mg/m3 entro 10 minuti, " Ha aggiunto.

Il passaggio successivo consiste nel testare i sensori in un ambiente configurato per gestire l'effettivo agente nervino.

"L'obiettivo finale è produrre qualcosa di abbastanza piccolo, come un francobollo, che può essere indossato su un'uniforme per rilevare il gas o può essere rimosso per testare una superficie che in pochi minuti dirà se l'agente è presente e quanto dell'agente è presente, " disse Braun.

"Non ti parlerà di tutte le tossine, ma ti parlerà molto rapidamente di una serie limitata di composti, " disse. "Se scopri che il Sarin è presente, hai molte più possibilità di ottenere l'antidoto appropriato."