حسگر مولکولی باعث می شود ردپای نامرئی جیوه راحت تر دیده شود

ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

آلودگی جیوه یک چالش آشکار است: نامرئی است. یک لیوان آب یا یک تکه میوه می تواند با چشم غیرمسلح کاملا طبیعی به نظر برسد، حتی اگر مقادیر کمی جیوه سمی وجود داشته باشد. تشخیص چنین سطوح دقیق معمولا به ابزارهای آزمایشگاهی تخصصی و کارشناسان آموزش دیده نیاز دارد.

محققان دانشگاه فنی استانبول (ITU) مولکولی ساخته اند که روشی جایگزین برای تشخیص جیوه ارائه می دهد. هنگامی که یون های جیوه (II) وجود دارند، حسگر تغییر رنگ می دهد و شروع به انتشار نور مادون قرمز نزدیک می کند و یک آلاینده نامرئی را به یک سیگنال قابل اندازه گیری تبدیل می کند. این تحقیق در مجله Talanta منتشر شده است.

حسگر جدید مانند یک چراغ هشدار کوچک عمل می کند که تا زمانی که یون های جیوه (II) شناسایی نشود خاموش می ماند. NIR-2 در هسته خود حاوی یک مولکول مبتنی بر سلنیوم است. به طور معمول، این مولکول به صورت بسته است و حداقل نور را ساطع می کند. با این حال، یون‌های جیوه (II) به شدت سلنیوم را جذب می‌کنند. هنگامی که یک یون جیوه (II) با حسگر تماس می گیرد، قفل مولکولی را می کشد و باعث باز شدن ساختار می شود.

این تغییر شیمیایی کوچک منجر به تغییر قابل توجهی می شود: محلول از زرد به سبز تبدیل می شود و نور شدید نزدیک به مادون قرمز ساطع می کند. اساسا جیوه (II) زنگ هشدار را ایجاد می کند.

چیزی که NIR-2 را متمایز می کند طراحی آن در اطراف این کلید مولکولی مبتنی بر سلنیوم است. همین واکنش هم یک تغییر رنگ مرئی و هم یک سیگنال فلورسنت مادون قرمز نزدیک ایجاد می کند. این سنسور پاسخ سریع، حساسیت بالا و روش های متعددی را برای خواندن نتایج ارائه می دهد. تغییر رنگ را می توان مستقیما مشاهده کرد یا با دوربین ضبط کرد، در حالی که سیگنال مادون قرمز نزدیک را می توان با استفاده از ابزار آزمایشگاهی تشخیص داد و برای تصویربرداری سلولی استفاده کرد.

اسماعیل یلماز، استاد گروه شیمی در دانشگاه فنی استانبول، گفت: "هدف ما صرفا تشخیص مقادیر کمتر یون جیوه (II) نیست، بلکه این است که این تشخیص را راحت‌تر ببینیم و به طور بالقوه انجام آن را در خارج از یک آزمایشگاه تخصصی آسان‌تر کنیم. حسگری که چندین سیگنال قابل خواندن تولید می‌کند، گزینه‌های بیشتری را در اختیار ما قرار می‌دهد که چگونه و کجا می‌توان جیوه را در نهایت کنترل کرد."

با استفاده از طیف‌سنجی مرئی UV، محققان یون‌های جیوه (II) را در غلظت‌های کمتر از 3.77 × 10-10 M شناسایی کردند، در حالی که اندازه‌گیری‌های فلورسانس به حد تشخیص 4.54 × 10-4 M رسیدند. پاسخ در حداقل 20 دقیقه قابل مشاهده بود. آنها سپس بررسی کردند که آیا یک گوشی هوشمند می تواند این تغییر رنگ قابل مشاهده را به یک اندازه گیری کمی تبدیل کند یا خیر.

با افزایش سطح یون جیوه (II)، رنگ سنسور تغییر کرد. محققان از نمونه ها با Redmi Note 10S عکس گرفتند و اجزای رنگ قرمز و سبز را تجزیه و تحلیل کردند.

با مقایسه نسبت این رنگ ها، آنها تأثیر تغییرات نور را به حداقل رساندند و داده ها را به غلظت یون جیوه (II) مرتبط کردند. روش تلفن هوشمند Hg2+ را از 1.66 × 10-6 تا 7.50 × 10-6 M شناسایی کرد، که نویسندگان حساس ترین محدوده تشخیص Hg2+ مبتنی بر گوشی هوشمند را که تاکنون گزارش شده است، در نظر می گیرند.

برای زمینه، حداکثر سطح آلاینده EPA ایالات متحده برای جیوه معدنی در آب آشامیدنی 2 قسمت در میلیارد یا 0.002 میلی گرم در لیتر است. حد تشخیص پایین‌تر رویکرد گوشی‌های هوشمند زیر این آستانه است و حساسیت بالایی را در شرایط آزمایشی کنترل‌شده نشان می‌دهد.

محققان همچنین بررسی کردند که آیا NIR-2 می‌تواند در نمونه‌های پیچیده‌تر فراتر از محلول‌های آزمایشگاهی ساده عمل کند یا خیر. آنها آب آشامیدنی، آب لوله کشی و آب دریاچه و همچنین توت فرنگی، هندوانه و گیلاس را آزمایش کردند. این نمونه‌ها عمدا با سطوح شناخته‌شده جیوه به منظور ارزیابی دقت حسگر در تشخیص این مقادیر اضافه شدند.

علاوه بر این، این تیم بررسی کردند که آیا تغییرات رنگ قابل مشاهده می تواند به سرعت نشان دهنده آلودگی جیوه در برنج، ذرت، لوبیا و عدس باشد. در حالی که این حسگر واکنش‌های رنگی نیمه کمی را در بسیاری از این غذاها ایجاد می‌کند، اثربخشی آن با ماتریس‌های مختلف غذایی متفاوت است.

NIR-2 همچنین در سه رده سلولی ریه انسان مورد آزمایش قرار گرفت، جایی که زنده ماندن سلولی بالای 90 درصد باقی ماند و تصویربرداری فلورسانس تأیید کرد که حسگر می تواند سیگنال وابسته به جیوه را در داخل سلول ها ایجاد کند. با این حال، این یافته ها هنوز NIR-2 را به عنوان یک آشکارساز جیوه مصرفی آماده برای استفاده ایجاد نمی کند.

آماده‌سازی نمونه هنوز ضروری بود، اندازه‌گیری‌ها تحت شرایط نور کنترل‌شده انجام شد و بیشتر آزمایش‌ها شامل نمونه‌هایی با مقادیر شناخته شده جیوه اضافه شده توسط محققان بود. آزمایشات بیشتر با نمونه‌های آلوده به‌طور طبیعی، شرایط محیطی متنوع و سیستم‌های اندازه‌گیری میدانی قبل از استقرار عملی مورد نیاز است.

تأثیر بلندمدت این تحقیق ممکن است کمتر در مورد جایگزینی آزمایشگاه‌های تحلیلی باشد و بیشتر در مورد نزدیک‌تر کردن شیمی حساس به مکان‌هایی باشد که آلودگی باید نظارت شود.

در حال حاضر، تشخیص مقادیر ریز جیوه شامل جمع آوری نمونه ها، انتقال آنها به آزمایشگاه و تجزیه و تحلیل آنها با تجهیزات تخصصی است. یک حسگر مولکولی که به سرعت، در عرض چند ثانیه واکنش نشان می‌دهد و سیگنال‌های قابل خواندن متعددی از تغییر رنگ بصری تا فلورسانس نزدیک به فروسرخ را ارائه می‌کند، می‌تواند این شکاف را پر کند.

محققان همچنین پیشنهاد می‌کنند که این طرح مولکولی می‌تواند به عنوان پایه‌ای برای ایجاد حسگر برای سایر مواد عمل کند. یک لیوان آب با سطوح کمی جیوه ممکن است شبیه به یک لیوان تمیز به نظر برسد، اما NIR-2 نشان می‌دهد که چگونه شیمی مولکولی می‌تواند با تولید یک سیگنال قابل تشخیص بدون اینکه خود جیوه قابل مشاهده باشد، آن را تغییر دهد و امکان اندازه‌گیری و استفاده بالقوه در خارج از آزمایشگاه را فراهم کند.

دیلا سیتین و همکاران، پلتفرم شیمی حسگر سلنولاکتون سیانین با ساطع مادون قرمز نزدیک برای تشخیص جیوه فوق العاده (II) در نمونه های محیطی، غذایی و سلول های زنده، Talanta (2026). DOI: 10.1016/j.talanta.2026.129679

کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →