Нанолипучка захватывает молекулы тяжелых металлов во избежание отравления

Исследователи разработали нанополоски для недорогого тестирования уровней ртути в водоемах с уникальной чувствительностью.

Когда ртуть попадает в водоемы, она накапливается в организмах рыб и нередко попадает в итоге на наши тарелки. Швейцарско-американская группа ученых во главе с Франческо Стеллаччи из Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne и Бартошем Гржибовски из Северо-западного университета разработала простую и недорогую систему на основе наночастиц, своего рода нанолипучку, чтобы выявлять и захватывать ртуть и другие токсичные загрязнители.

Частицы покрыты крошечными волосками, способными захватить токсичные тяжелые металлы, такие как ртуть и кадмий. Эта технология позволяет легко и недорого тестировать воду на наличие этих веществ, и, что еще более важно, рыбу, которую мы едим, чтобы предотвратить отравление тяжелыми металлами. Новый метод позволяет измерить метилртуть, наиболее распространенную форму загрязнения ртутью, в беспрецедентно малых аттомолярных концентрациях.

Результаты исследования опубликованы в издании Nature Materials.

Метилртуть токсичная и трудноопределимая

Исследователи особенно интересуются обнаружением ртути. Самая распространенна форма этого металла, метилртуть, накапливается в живых организмах последовательно по пищевой цепочке, в итоге оказываясь в организме крупных хищников, таких как тунец и рыба-меч. В США, Франции и Канаде медики советуют беременным женщинам ограничить потребление рыбы, поскольку ртуть способна поставить под угрозу развитие нервной системы плода вследствие отравления тяжелым металлом.

«Проблема в том, что современные методы контроля слишком дороги и сложны», пояснил соавтор работы Франческо Стеллаччи. „Мы периодически проверяем уровни ртуть в питьевой воде, и если результаты хороши, то делаем вывод, что уровни ртути в воде в период между двумя проверками приемлемы“.

Простая и недорогая новая технология

Технология, разработанная учеными, действительно недорогая и простая в использовании. Стеклянную полоску, покрытую пленкой с волосяными наночастицами, опускают в воду. Когда ион — положительно заряженная частица, такая как ион метилртути или кадмия — попадает между двумя волосками, они смыкаются, захватывая загрязнитель.

Измеряющий напряжение прибор показывает результат; чем больше ионов поймано, тем больше электричества ловушка проводит. Все, что требуется для подсчета пойманных частиц, это измерить напряжение в наноструктуре.

Изменяя длину нановолосков, ученые могут настроить ловушку на специфические типы загрязнителей. „Процедура является эмпирической“, пояснил Стеллаччи. Метилртуть, к счастью, обладает свойствами, которые делают ее легкоулавливаемой, а потому результаты весьма точны.

Интересный аспект данного подхода заключается в том, что стеклянная полоска может стоить менее 10 долларов, а измерительное устройство — несколько сотен долларов. Результаты анализа становятся доступны мгновенно, в то время как традиционный метод требует отправки образцов в лабораторию, а аналитическое оборудование стоит миллионы долларов.

От квантового до реального применения

„Я полагаю, что это просто невероятно, как сложные принципы квантового туннелирования, лежащие в основе нашего устройства, переводятся в такое полезное и точное устройство“, добавил Гржибовски. „Также известно, что наша система, посредством некоторых относительно простых химических модификаций, может быть приспособлена для обнаружения других токсичных разновидностей“. Исследователи уже продемонстрировали обнаружение кадмия с весьма высокой фемтомолярной чувствительностью.

„Данная технология позволит проводить тесты в намного большем масштабе, что называется, в поле или даже в рыбе до того, как она попадет на прилавок“, отметил ведущий автор Юн Сон Чо. Это необходимая мера во избежание отравления тяжелыми металлами, учитывая токсичную природу метилртути и чрезвычайно сложную манеру ее распространения в окружающей среде и накопления в живых тканях.

10.09.2012