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タンパク質ナノワイヤを使う高感度化学センサ

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December, 8, 2020, Amherst--マサチューセッツ大学アーマストのチームが、NanoResearchに報告したところによると、マサチューセッツ州立大学アマースト校(University of Massachusetts Amherst)の研究チームは、史上最も高感度なバイオ電子アンモニアガスセンサを開発した。

そのセンサは、ゲオバクターから抽出した電荷導電タンパク質ナノワイヤを使い電気デバイス向けのバイオ材料となる。ゲオバクタは、30年以上前、微生物学者Dereck Lovleyが川のドロの中に発見した。その微生物は、髪の毛のようなタンパク質フィラメントを成長させる。これはナノスケール「ワイヤ」として機能し、栄養のために電荷を移転し、他のバクテリアと交信する。

論文の筆頭著者、バイオメディカル工学博士課程学生、Alexander Smithは、アドバイザ、Jun Yaoとともに、アンモニアを計測するために初のセンサを設計したと報告している。アンモニアは、農業、環境および生体医療にとって重要だからである。例えば、人の場合、呼気のアンモニアは、病気を知らせることがある。一方、養鶏場では、アンモニアは、鶏の健康と快適性のために、密接にモニタして制御しなければならない。飼料の不安定と生産損失を回避するためである。

Yaoは、「このセンサは、高精度センシングができ、以前の電子センサよりもはるかに優れている」と説明している。

Smithによると、既存の電子センサは、制約があるか、感度が低いかのいずれかであることが多い。また、他のガスから干渉されやすい。優れた機能と低コストに加えて、「われわれのセンサは、生分解性であるので、電子機器廃棄物にはならない。また、毒性の化学物質不要で、再生可能原料を使いバクテリアにより持続的に製造される。
 Lovleyの初期の研究、タンパク質ナノワイヤの導電性は、タンパク質ナノワイヤ周辺の溶液のpHに反応して変化するというものだった。研究チームは、これに触発されて、タンパク質ナノワイヤが、バイオセンシングに結びつく分子に強く反応するという考えをテストした。「ナノワイヤを化学物質に触れさせると、特性が変わり、その反応を計測できる」とSmithは説明している。

同氏がナノワイヤをアンモニアに触れさせると、「その反応は実際に顕著であり、大きかった」。「前もって、この大きな反応を示すように、そのセンサを調整するこことができる。ナノワイヤは、アンモニアに対して実に敏感であり、他の化合物には反応しない。したがって、そのセンサは、非常に特殊である」とSmithは話している。

Loveleyによると、「非常に安定した」ナノワイヤは長く持続し、センサは数カ月利用後にも一貫して、ロバストに機能し、非常に都合がよい。極めて優れている。
(詳細は、https://www.umass.edu)