科学家设计生物传感器来诱捕污染物

近日,来自都柏林Trinity学院的科学家们通过化学方法重新设计色素,制造出一套生物传感器,使之像微型金星捕蝇器一样工作。这种传感器能够探测和捕获特定的分子,如污染物,该传感器未来将有可能应用于环境、医疗和安全等领域。

  据外媒报道,近日,来自都柏林Trinity学院的科学家们通过化学方法重新设计色素,制造出一套生物传感器,使之像微型金星捕蝇器一样工作。这种传感器能够探测和捕获特定的分子,如污染物,该传感器未来将有可能应用于环境、医疗和安全等领域。

科学家设计生物传感器来诱捕污染物

都柏林Trinity的科学家通过对色素进行化学改造来像微型金星捕蝇器一样,创造了一套生物传感器。

  据悉,这种传感器依赖于卟啉(源于希腊语porphura,意思是紫色)。卟啉是一类独特的有色色素,也被称为“生命色素”,它是这项突破性创新传感器研究的关键。卟啉在生物体的新陈代谢中起着重要作用,最突出的例子是血红素(负责运输氧气的红细胞色素)和叶绿素(负责收集光并促进光合作用的绿色植物色素)。在自然界中,这些活性分子的核心含有多种金属,这就产生了一系列独特的性质。

  Trinity学院的研究人员在有机化学主席Mathias O. Senge教授的指导下,选择了一种破坏性方法来研究卟啉的无金属版本,他们的工作创造了一系列全新的分子受体。

  首先,通过迫使卟啉分子由内而外变成马鞍状,他们能够利用该系统以前无法访问的核心。然后,通过在活性中心附近引入官能团,它们能够捕获小分子,例如药物或农业污染物中的焦磷酸盐和硫酸盐,然后将小分子保留在受体样腔中。

  卟啉是强色化合物,因此当捕获目标分子时,会导致颜色急剧变化,这表明了卟啉作为生物传感器的价值,因为对于卟啉何时成功捕获了目标在视觉变化上将会一清二楚。

  爱尔兰研究委员会资助的Trinity学院博士研究人员、该研究的第一作者Karolis Norvaiša说:“这些传感器就像金星捕蝇器。如果你将这些分子弯曲变形,它们就像金星捕蝇器张开的叶子,如果向内看,会有短而硬的毛发起到触发作用,当任何东西与这些毛发相互作用时,叶子的两个裂片就会闭合。然后,卟啉的外围基团选择性地将合适的目标分子固定在其核心内的适当位置,从而形成一个功能性和选择性的结合囊,就像金星捕蝇器的手指状突起将不幸的目标昆虫保留在内部一样。”

  这项工作表明了欧盟范围内一个名为INITIO的H2020 FET-OPEN项目的开始,该项目旨在检测和去除污染物。这项工作是由爱尔兰科学基金会的初步资助和慕尼黑工业大学Senge教授获得的August-Wilhelm Scheer客座教授奖而实现的。

  Senge教授补充道:“了解卟啉核的相互作用是人工卟啉类酶催化剂的一个重要里程碑。而可靠地走到可以实现并利用卟啉-底物界面的全部潜力的地步,为清除污染物、监测环境状况、处理安全威胁和提供医疗诊断。”


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