“מחלבונים של חיידקים לגלאי אמוניה”

צוות חוקרים מאוניברסיטת מסצ’וסטס הצליח לפתח גלאי אלקטרוני ‘ירוק’ בעל ביצועים מעולים

במסגרת מאמר שפורסם זה מכבר בכתב העת המדעי NanoResearch, צוות חוקרים מאוניברסיטת מסצ’וסטס הצליח לפתח גלאי ביו-אלקטרוני לחישת גז אמוניה בעל הרגישות הגבוהה ביותר הידועה עד כה. הגלאים עושים שימוש בחוטי חלבון המוליכים מטען חשמלי, חלבון הנגזר מתוך החיידק Geobacter, זאת במטרה לספק ביו-חומרים שיוכלו לשמש בהתקנים אלקטרוניים.

לפני יותר משלושים שנים, המיקרוביולוג Derek Lovley גילה את החיידק Geobacter בתוך בוצת נהר. החיידקים מגדלים חוטי חלבונים בצורת שיערות המשמשות בתור ‘חוטים’ ננומטרים שמטרתם להעביר מטענים לשם הזנתם ולשם תקשורת עם חיידקים אחרים. החוקרים מסבירים כי הם פיתחו את הגלאי החדשני הזה על מנת שיוכל למדוד את ריכוזי האמוניה מאחר וגז זה חשוב בתחומי החקלאות, הסביבה והביו-רפואה. למשל, בבני אדם, הבל פה המכיל אמוניה עלול לרמוז על קיומה של מחלה, בעוד שבמשקים לגידול עופות, גז זה חייב לעבור ניטור הדוק תוך בקרת ריכוזיו לטובת בריאות העופות ולשם מניעת חוסר איזון בריאותי ואובדני ייצור. מסביר החוקר: “הגלאי הזה מאפשר לבצע חישה בדיוק רב; הוא הרבה יותר יעיל מגלאים אלקטרוניים קיימים. לא ציפינו שהגלאים הללו יפעלו בצורה כה יעילה. אני באמת סבור שגלאים אלו יולידו השלכות חיוביות במיוחד על האנושות”. החוקר מסביר כי גלאים אלקטרונים קיימים הם לרוב בעלי רגישות מוגבלת או נמוכה, והם רגישים לנוכחותם של גזים אחרים הנמצאים בסביבת הבדיקה. בנוסף ליתרונות הגלאי החדש בצורת תפקוד יעיל יותר ועלות נמוכה, “הגלאים שלנו ניתנים לפירוק ביולוגי כך שהם אינם יוצרים פסולת של רכיבי אלקטרוניקה והם עצמם מיוצרים באופן בר-קיימא על ידי חיידקים תוך שימוש בחומרי גלם מתחדשים ומבלי להשתמש בחומרים רעילים”.

היה ידוע כבר כי המוליכות החשמלית של ננו-חוטי חלבון משתנה בתגובה לרמת החומציות – רמת החומצה או הבסיס – של תמיסה בה נמצאים ננו-חוטי החלבון. עובדה זו הניעה את החוקרים לבחון את הרעיון שחוטים אלו יוכלו להגיב באופן יעיל לקישור למולקולות ולשמש בתחום של ביו-חישה. “אם אתה חושף את החוטים לכימיקל, התכונות שלהם משתנות וכך ניתן למדוד את התגובה,” מסביר החוקר. כאשר החוקרים חשפו את החוטים לאמוניה, “התגובה הייתה ממש מדידה ומשמעותית,” מוסיף החוקר. “כבר בתחילת המחקר שמנו לב כי ניתן לכוונן את הגלאים כך שהם יוכלו לבטא את התגובה המשמעותית. הם באמת רגישים לאמוניה וברמה פחותה יותר לתרכובות אחרות, כך שהגלאי יוכל להיות בררני במיוחד”. ננו-החוטים “יציבים מאוד”, לדברי החוקרים, לאורך זמן רב; הגלאי פעיל באופן עקבי ואיתן גם לאחר חודשים של שימוש, והוא מתפקד באופן מעולה. אומר החוקר הראשי: “ננו-חוטי חלבון אלו תמיד מדהימים אותי. שימוש חדשני זה שונה לחלוטין מכל תחום אחר בהם נעשה שימוש בעבר. עוד קודם, החוקרים השתמשו בננו-חוטים אלו על מנת לייצר אנרגיה מתוך לחות ולנצל אותם בתור ממריסטורים (ויקיפדיה) לשם מחשוב ביולוגי. אולם השימוש הנוכחי הוא חדשני וייחודי.

הידיע

[contact-form][contact-field label=”שם” type=”name” required=”true” /][contact-field label=”אימייל” type=”email” required=”true” /][contact-field label=”אתר” type=”url” /][contact-field label=”הודעה” type=”textarea” /][/contact-form]

ה על המחקר

תקציר המאמר