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传感器爆炸物斯坦新纳米管传感器能检测到单个爆炸物分子

据美国物理学家组织网5月10日(北京时间)报道,麻省理工大学研究人员研发出一种超级灵敏的新型探测仪,将检测爆炸物的能力推进到一个分子的最后极限,比目前机场用的爆炸检测仪灵敏很多。相关论文发表在本周《美国国家科学院院刊》网站上。

该技术利用了蜜蜂毒液中一种称为bombolitins的蛋白质片段。研究人员将这种蛋白质片断涂在碳纳米管上后发现,这些肽类会对包括TNT在内的硝基芳香族化合物等爆炸物起反应。领导该研究的麻省理工大学化学工程副教授迈克尔·斯坦诺表示,新纳米传感器将探测能力提高到了极限,能在室温室压下检测到单个爆炸物分子。

斯坦诺的实验室已在近几年开发出能检出多种分子的碳纳米管传感器,这些分子包括硝基氧化物、过氧化氢、神经毒气沙林等。这种传感器利用了碳纳米管天然荧光性质,一旦发现标靶分子,碳纳米管就会因荧光强度改变而出现闪动。但这种利用荧光强度的传感器容易受到周围光线的影响,而且出错率高、噪音大。

为了避免上述缺点,新爆炸物传感器从工作原理上对原有碳纳米管传感器进行了改进。同样都是利用碳纳米管的天然荧光特性,但新传感器利用的是碳纳米管与标靶分子结合后荧光波长的改变,并制造了一台新型显微镜来读取这些裸眼无法看到的波长变化信号。

每种纳米管—多肽组合会对不同的硝基芳香族化合物起反应。用涂有不同bombolitins的纳米管,就能识别所要检测的爆炸物的独特“指纹”。此外,纳米管还能检测出爆炸物在环境中分解的产物。“比如TNT会在环境中分解变成其他分子,这些衍生分子也能被识别出来。”斯坦诺说,“我们需要的是一个能检测整个反应网络和次第衍生物的传感器平台,而不仅仅是某一种。”

研究证实,该传感器还能检测出属于硝基化合物的两种杀虫剂,因此有作为环境检测器的潜力,将来甚至能检测出飘在空气中的任何分子。此外,该技术还在商业和军事上具有很大应用前景。

“虽然我们还不能将这种检测器安装在地铁里来检测爆炸物,但新传感器已经突破了自身的瓶颈。如果一个样本里只有一个分子,只要你让它进入传感器,就能检测出来。”斯坦诺说。

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