(PhysOrg.com) -- I ricercatori del MIT hanno creato un nuovo rivelatore così sensibile da poter rilevare una singola molecola di un esplosivo come il TNT.

Per creare i sensori, ingegneri chimici guidati da Michael Strano rivestiti di nanotubi di carbonio — cavi, cilindri dello spessore di un atomo fatti di carbonio puro, con frammenti proteici normalmente presenti nel veleno d'api. Questa è la prima volta che è stato dimostrato che queste proteine ​​reagiscono agli esplosivi, in particolare una classe nota come composti nitro-aromatici che include il TNT.

Se sviluppato in dispositivi commerciali, tali sensori sarebbero molto più sensibili dei rilevatori di esplosivi esistenti, comunemente usati negli aeroporti, per esempio, che utilizzano la spettrometria per analizzare le particelle cariche mentre si muovono nell'aria.

"Gli spettrometri a mobilità ionica sono ampiamente utilizzati perché sono economici e molto affidabili. Tuttavia, questa prossima generazione di nanosensori può migliorare questo aspetto avendo il limite di rilevamento finale, [rilevazione] singole molecole di esplosivi a temperatura ambiente e pressione atmosferica, "dice Strano, Charles (1951) e Hilda Roddey Professore associato di ingegneria chimica per lo sviluppo della carriera.

Un ex studente laureato nel laboratorio di Strano, Daniel Heller (ora Damon Runyon Fellow al David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT), è l'autore principale di un articolo che descrive la tecnologia nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze . Il giornale appare online questa settimana.

Strano ha depositato un brevetto sulla tecnologia, che fa uso di frammenti proteici chiamati bombolitine. "Gli scienziati hanno studiato questi peptidi, ma per quanto ne sappiamo, non hanno mai dimostrato di avere affinità e riconoscere in alcun modo le molecole esplosive, " lui dice.

Negli ultimi anni, Il laboratorio di Strano ha sviluppato sensori di nanotubi di carbonio per una varietà di molecole, compreso l'ossido nitrico, perossido di idrogeno e agenti tossici come il gas nervino sarin. Tali sensori sfruttano la fluorescenza naturale dei nanotubi di carbonio, accoppiandoli a una molecola che si lega a un bersaglio specifico. Quando il bersaglio è vincolato, la fluorescenza dei tubi si illumina o si attenua.

Il nuovo sensore di esplosivi funziona in modo leggermente diverso. Quando il bersaglio si lega alle proteine ​​del veleno d'api che rivestono i nanotubi, sposta la lunghezza d'onda della luce fluorescente, invece di cambiarne l'intensità. I ricercatori hanno costruito un nuovo tipo di microscopio per leggere il segnale, che non si vede ad occhio nudo. Questo tipo di sensore, il primo del suo genere, è più facile da lavorare perché non è influenzato dalla luce ambientale.

"Per un sensore fluorescente, l'uso dell'intensità della luce fluorescente per leggere il segnale è più soggetto a errori e più rumoroso rispetto alla misurazione di una lunghezza d'onda, "dice Strano.

Ogni combinazione di nanotubi-peptidi reagisce in modo diverso a diversi composti nitro-aromatici. Utilizzando diversi nanotubi rivestiti in diverse bombolitine, i ricercatori possono identificare una "impronta digitale" univoca per ogni esplosivo che potrebbero voler rilevare. I nanotubi possono anche rilevare i prodotti di decomposizione di tali esplosivi.

"Composti come il TNT si decompongono nell'ambiente, creando altri tipi di molecole, e quei derivati ​​potrebbero essere identificati anche con questo tipo di sensore, " Dice Strano. "Poiché le molecole nell'ambiente cambiano costantemente in altre sostanze chimiche, abbiamo bisogno di piattaforme di sensori in grado di rilevare l'intera rete e le classi di sostanze chimiche, invece di un solo tipo."

I ricercatori hanno anche dimostrato che i nanotubi possono rilevare anche due pesticidi che sono composti nitro-aromatici, rendendoli potenzialmente utili come sensori ambientali. La ricerca è stata finanziata dall'Institute for Soldier Nanotechnologies del MIT.

Philip Collins, professore di fisica all'Università della California a Irvine, afferma che il nuovo approccio è una nuova estensione del precedente lavoro di Strano sui sensori di nanotubi di carbonio. "È bello quello che hanno fatto:hanno combinato un paio di cose diverse che non sono sensibili agli esplosivi, e mostrato che la combinazione è sensibile, "dice Collins, che non è stato coinvolto in questa ricerca.

La tecnologia ha già suscitato interesse commerciale e militare, Strano dice. Affinché il sensore diventi pratico per un uso diffuso, dovrebbe essere accoppiato con un concentratore disponibile in commercio che porterebbe eventuali molecole fluttuanti nell'aria a contatto con i nanotubi di carbonio.

"Non significa che siamo pronti a metterli su una metropolitana e rilevare immediatamente gli esplosivi. Ma significa che ora il sensore stesso non è più il collo di bottiglia, " Dice Strano. "Se c'è una molecola in un campione, e se riesci a portarlo al sensore, ora puoi rilevarlo e quantificarlo."