柏林科學(xué)家設(shè)計(jì)生物傳感器,可用于誘捕污染物
據(jù)外媒報(bào)道,近日,來(lái)自都柏林Trinity學(xué)院的科學(xué)家們通過(guò)化學(xué)方法重新設(shè)計(jì)色素,制造出一套生物傳感器,使之像微型金星捕蠅器一樣工作。這種傳感器能夠探測(cè)和捕獲特定的分子,如污染物,該傳感器未來(lái)將有可能應(yīng)用于環(huán)境、醫(yī)療和安全等領(lǐng)域。
都柏林Trinity的科學(xué)家通過(guò)對(duì)色素進(jìn)行化學(xué)改造來(lái)像微型金星捕蠅器一樣,創(chuàng)造了一套生物傳感器。
據(jù)悉,這種傳感器依賴(lài)于卟啉(源于希臘語(yǔ)porphura,意思是紫色)。卟啉是一類(lèi)獨(dú)特的有色色素,也被稱(chēng)為“生命色素”,它是這項(xiàng)突破性創(chuàng)新傳感器研究的關(guān)鍵。卟啉在生物體的新陳代謝中起著重要作用,最突出的例子是血紅素(負(fù)責(zé)運(yùn)輸氧氣的紅細(xì)胞色素)和葉綠素(負(fù)責(zé)收集光并促進(jìn)光合作用的綠色植物色素)。在自然界中,這些活性分子的核心含有多種金屬,這就產(chǎn)生了一系列獨(dú)特的性質(zhì)。
Trinity學(xué)院的研究人員在有機(jī)化學(xué)主席Mathias O. Senge教授的指導(dǎo)下,選擇了一種破壞性方法來(lái)研究卟啉的無(wú)金屬版本,他們的工作創(chuàng)造了一系列全新的分子受體。
首先,通過(guò)迫使卟啉分子由內(nèi)而外變成馬鞍狀,他們能夠利用該系統(tǒng)以前無(wú)法訪問(wèn)的核心。然后,通過(guò)在活性中心附近引入官能團(tuán),它們能夠捕獲小分子,例如藥物或農(nóng)業(yè)污染物中的焦磷酸鹽和硫酸鹽,然后將小分子保留在受體樣腔中。
卟啉是強(qiáng)色化合物,因此當(dāng)捕獲目標(biāo)分子時(shí),會(huì)導(dǎo)致顏色急劇變化,這表明了卟啉作為生物傳感器的價(jià)值,因?yàn)閷?duì)于卟啉何時(shí)成功捕獲了目標(biāo)在視覺(jué)變化上將會(huì)一清二楚。
愛(ài)爾蘭研究委員會(huì)資助的Trinity學(xué)院博士研究人員、該研究的第一作者Karolis Norvai?a說(shuō):“這些傳感器就像金星捕蠅器。如果你將這些分子彎曲變形,它們就像金星捕蠅器張開(kāi)的葉子,如果向內(nèi)看,會(huì)有短而硬的毛發(fā)起到觸發(fā)作用,當(dāng)任何東西與這些毛發(fā)相互作用時(shí),葉子的兩個(gè)裂片就會(huì)閉合。然后,卟啉的外圍基團(tuán)選擇性地將合適的目標(biāo)分子固定在其核心內(nèi)的適當(dāng)位置,從而形成一個(gè)功能性和選擇性的結(jié)合囊,就像金星捕蠅器的手指狀突起將不幸的目標(biāo)昆蟲(chóng)保留在內(nèi)部一樣?!?/p>
這項(xiàng)工作表明了歐盟范圍內(nèi)一個(gè)名為INITIO的H2020 FET-OPEN項(xiàng)目的開(kāi)始,該項(xiàng)目旨在檢測(cè)和去除污染物。這項(xiàng)工作是由愛(ài)爾蘭科學(xué)基金會(huì)的初步資助和慕尼黑工業(yè)大學(xué)Senge教授獲得的August-Wilhelm Scheer客座教授獎(jiǎng)而實(shí)現(xiàn)的。
Senge教授補(bǔ)充道:“了解卟啉核的相互作用是人工卟啉類(lèi)酶催化劑的一個(gè)重要里程碑。而可靠地走到可以實(shí)現(xiàn)并利用卟啉-底物界面的全部潛力的地步,為清除污染物、監(jiān)測(cè)環(huán)境狀況、處理安全威脅和提供醫(yī)療診斷?!?/p>