L'attuale pandemia di COVID-19 ha dimostrato che il mondo ha bisogno di una tecnologia in grado di identificare rapidamente e con precisione i pericoli invisibili, comprese le sostanze nocive o gli inquinanti ambientali presenti nell'aria. I sensori colorimetrici, dispositivi che rivelano intuitivamente informazioni sul loro ambiente attraverso i cambiamenti di colore, sono un'opzione interessante a questo proposito. Ma, affinché più persone possano beneficiare di questi sensori, devono essere facili da produrre su larga scala. Questa è una delle principali limitazioni con i sensori colorimetrici attualmente disponibili, che richiedono strutture complesse con intricate procedure di fabbricazione. Altri problemi con i dispositivi esistenti includono tempi di risposta lenti e colori insaturi.

Ora in un nuovo studio pubblicato su Scienze avanzate , scienziati del Gwangju Institute of Science and Technology, Corea, hanno tentato di affrontare queste limitazioni sviluppando un nuovo tipo di sensore colorimetrico costituito da un sottile strato di virus chiamati batteriofagi M13. Hanno usato questo tipo di virus perché può cambiare la sua struttura, e quindi le sue proprietà ottiche, in risposta ai cambiamenti nell'ambiente circostante, come la presenza di composti nocivi. Prof Young Min Song, che ha condotto lo studio, spiega, "Nel nostro studio, abbiamo introdotto il batteriofago M13, che è un virus filamentoso di dimensioni nanometriche, come strato sensibile grazie alle sue proprietà di espansione volumetrica."

Gli scienziati hanno ingegnerizzato geneticamente i batteriofagi M13 combinandoli con uno "strato promotore di risonanza ultrasottile altamente con perdite" (HLRP) come substrato. Quindi, hanno massimizzato la risonanza dello strato di rivestimento dei virus ottimizzando il substrato in modo tale che il batteriofago diventasse estremamente sensibile a specifiche sostanze disperse nell'aria. Ciò ha permesso ai "virus" di rilevare sostanze chimiche a concentrazioni molto basse, fino a decine di parti per miliardo. Il prof Song spiega la tecnica, "In particolare, attraverso l'ottimizzazione della deposizione dello strato di virus, lo strato virale era rivestito con una dimensione ultrasottile, che ha aumentato il tasso di rilevamento. L'HLRP con miglioramento della risonanza è stato applicato per ottenere un colore distinto anche con un cambiamento di spessore su scala nanometrica nello strato del virus del batteriofago M13. Di conseguenza, il cambiamento di colore è stato massimizzato da condizioni di risonanza ottimizzate."

Gli scienziati hanno testato il nuovo sensore con variabili ambientali, come cambiamenti di umidità, e con composti come sostanze chimiche organiche volatili e sostanze chimiche che alterano il sistema endocrino. In entrambi i casi, i cambiamenti in questi stimoli potrebbero essere osservati con successo attraverso distinti cambiamenti di colore nel sensore, mostrando così la sua applicabilità pratica.

Questo nuovo design per un sensore colorimetrico altamente efficace e producibile in serie è molto promettente per una varietà di applicazioni reali, come il rilevamento di sostanze chimiche industriali nocive o la valutazione della qualità dell'aria. Per completare il tutto, questi sensori potrebbero diventare strumenti preziosi in ambito clinico, come osserva il professor Song, "Nel futuro, i progressi nell'ingegneria genetica miglioreranno la sensibilità dei sensori ed estenderanno la loro applicabilità all'industria medica, dove potrebbero essere utilizzati come kit diagnostici per rilevare virus e agenti patogeni specifici".

Con ulteriori ricerche, si spera che questa tecnologia funzionerà come un mezzo potente per mostrare i veri colori delle minacce invisibili nell'aria.