Автор: Песах Бенсон • 2 декабря 2025 года
Иерусалим, 2 декабря 2025 года (TPS-IL) — Израильские ученые разработали газовый сенсор, способный различатьмолекулы «зеркального изображения» в воздухе, что может революционизировать медицинскую диагностику, контроль качества продуктов и напитков, мониторинг окружающей среды и фармацевтику, сообщила Еврейская университет Иерусалима.
Обнаруживая тонкие структурные различия в летучих соединениях, сенсоры могут использоваться для неинвазивных дыхательных тестов на заболевания, такие как рак легких или диабет, отслеживать изменения в состоянии здоровья с течением времени и обеспечивать постоянство вкуса и аромата в продуктах и ароматизаторах. Они также могут помочь выявлять порчу или загрязнение до того, как продукты достигнут потребителей.
молекулы зеркального изображения, также называемые хиральными молекулами, представляют собой пары молекул, имеющих одинаковую химическую формулу, но расположенных как левые и правые руки — идентичные по составу, но не накладывающиеся друг на друга. Хотя они выглядят почти идентично, две формы могут иметь очень разные эффекты, такие как создание различных запахов, вкусов или биологических реакций.
Исследование, в котором подробно описаны конструкция, тестирование и потенциальные применения сенсоров, было опубликовано в рецензируемом журнале Chem. Eur. J.
Сенсор использует углеродные нанотрубки, покрытые специально разработанными сахаросодержащими рецепторами, которые действуют как молекулярный замок и ключ для взаимодействия с определенными химическими веществами в воздухе. «Добавив сахарное покрытие, мы создали точную химическую архитектуру вокруг сенсора, которая может взаимодействовать даже с очень слабо связывающимися молекулами запаха», — сказал профессор Шломо Ицхаик, один из руководителей исследования.
Исследовательская группа, возглавляемая Ариэлем Шитритом и Йонатаном Сукраном под руководством Ицхаика и профессора Маттана Хуревича, продемонстрировала, что сенсоры могут четко различать зеркальные формы лимонена и карвона, двух распространенных молекул запаха, при этом не реагируя на аналогичные формы α-пиненов. Удивительно, но сенсоры обнаружили молекулу (–)-лимонена при концентрациях всего 1,5 частей на миллион, что примерно в десять раз более чувствительно, чем многие сопоставимые методы.
Эффективность сенсоров обусловлена взаимодействием между сахаросодержащими нанотрубками и молекулами в воздухе. Используя электрические измерения в сочетании с компьютерным моделированием в сотрудничестве с Техническим университетом Дрездена и Университетом Фридриха Шиллера в Йене, исследователи обнаружили, что каждая молекула зеркального изображения связывается с рецептором немного по-разному. Эти крошечные различия изменяют движение электронов в нанотрубках, вызывая измеримые изменения в электрическом сигнале.
«Понимание того, как молекулярная структура влияет на работу сенсора, дает нам основу для проектирования лучших искусственных рецепторов запаха», — сказал Хуревич. Тестируя различные конструкции рецепторов, команда выявила химические особенности, которые улучшают селективность, прокладывая путь к более точным и универсальным сенсорам.
Исследование является частью европейского консорциума SMELLODI, который изучает связи между телесным запахом, восприятием запаха и физиологическими и эмоциональными состояниями. Неинвазивный анализ летучих органических соединений, включая молекулы зеркального изображения, является ключевой целью проекта с потенциальными приложениями в мониторинге здоровья, безопасности окружающей среды и промышленности.
Преобразование молекул сахара, которые обычно растворяются в воде, в стабильные функциональные газовые сенсоры стало значительной химической и инженерной задачей. Команда преодолела это, создав двухкомпонентную систему: регулируемые сахаросодержащие рецепторы, химически связанные с углеродными наноматериалами. Дизайн можно настроить, изменяя «рамку» сахара или химические группы, прикрепленные к ней, что позволяет создать индивидуальные возможности обнаружения.
Помимо здравоохранения и продуктов питания, сенсоры могут найти применение в мониторинге окружающей среды и фармацевтике. Они могут обнаруживать загрязнители воздуха или утечки химических веществ на крайне низких уровнях, улучшая безопасность как для людей, так и для экосистем. В производстве лекарств и химических исследований сенсоры могут проверять чистоту и состав хиральных молекул, которые часто имеют разные биологические эффекты в зависимости от их зеркальной формы, помогая гарантировать безопасность и эффективность продуктов.
Смотрев в будущее, исследователи считают, что вычислительные инструменты, включая продвинутые физические симуляции и машинное обучение, могут ускорить создание новых конструкций рецепторов, расширяя диапазон обнаруживаемых молекул в воздухе и их зеркальных форм.
«Наша работа показывает, что крошечные изменения в молекулярной структуре можно надежно фиксировать с помощью сахаросодержащих нанотрубок», — сказал Шитрит. «Это открывает двери для электронных сенсорных систем, которые ранее считались невозможными.»
Связанные темы
