Schätzungen zufolge kann die menschliche Nase mit ihren Hunderten von Geruchsrezeptoren bis zu eine Billion verschiedene Gerüche wahrnehmen. Aber schon der kurze Hauch bestimmter Chemikalien, sogenannter Nervengifte, kann bereits in kleinsten Mengen tödlich sein. Forscher berichten in ACS-Sensoren haben mithilfe dieser menschlichen Geruchsrezeptoren einen empfindlichen und selektiven Nervengassensor entwickelt. In simulierten Tests wurde ein Ersatz für das tödliche Saringas zuverlässig nachgewiesen.
Nervengase sind oft sehr wirksam und erfordern hochempfindliche Sensoren, um sie schnell und genau zu erkennen. Eine Methode zur Steigerung der Empfindlichkeit kombiniert menschliche Geruchsrezeptoren mit Nanomaterialien wie reduziertem Graphenoxid, um eine „bioelektronische Nase“ zu schaffen. Da diese Nervengase aber selbst im Labor noch immer hochgefährlich sind, setzen viele Wissenschaftler stattdessen auf sicherere Ersatzmoleküle.
Im Fall der Nervengifte Sarin oder Soman ist Dimethylmethylphosphonat (DMMP) ein üblicher Ersatz. Bisher wurde das Rezeptorprotein hOR2T7 zum Nachweis von DMMP verwendet, dies war jedoch nur möglich, wenn der Nervenkampfstoffersatz in flüssiger Form und nicht als Gas vorlag. Deshalb wollten Tai Hyun Park, Jyongsik Jang und Kollegen eine eigene „Nase“ entwerfen, die sowohl hochempfindlich als auch selektiv für die gasförmige Form ist, und zwar unter Verwendung von Nanoscheiben, die den hOR2T7-Rezeptor enthalten.
Um Nanoscheiben herzustellen, kombinierten die Forscher hOR2T7 mit einem Membrangerüstprotein und anderen Lipiden. Das hOR2T7 drückte sich in das Gerüst, fast wie ein aufblasbarer Schlauch, der es aufrecht hielt, um DMMP problemlos zu binden. Anschließend wurden die Scheiben auf die reduzierte Graphenoxidschicht des Sensors geklebt, die mit Nickelatomen verziert war, um die Scheiben in der richtigen Position zu halten. Selbst wenn er Verbindungen mit ähnlichen Formen oder Gerüchen ausgesetzt wurde, erkannte der Sensor nur DMMP und war empfindlich genug, um eine Konzentration von nur 0,037 Teilen pro Milliarde zu erfassen.
Das Team zeigte außerdem, dass das Gerät für reale Szenarien geeignet ist, beispielsweise bei rauchigen Bedingungen und bei Wiederholungstests. Obwohl weitere Experimente erforderlich sind, sagen die Forscher, dass diese Arbeit zeigt, dass menschliche Geruchsrezeptoren nützliche Komponenten für hochempfindliche und selektive Gassensoren sind.
Mehr Informationen:
Ni-rGO-Sensor kombiniert mit Nanoscheiben mit eingebetteten menschlichen Geruchsrezeptoren zum Nachweis von DMMP in der Gasphase als Simulant von Nervenagenten, ACS-Sensoren (2023). DOI: 10.1021/acssensors.3c00744 , pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssensors.3c00744