これは何のためですか？
「私のカップから試してみて」
映画「イヴァン・ヴァシリエビッチは彼の職業を変える」
基本構成の人には、5種類の感情があります。 これは、マンモスを追跡したり、サーベルタイガーの足の下で枝のクランチを聞くのに十分です。 今日、都会の住人は動物園でのみトラを見ており、マンモスが見つかった場合、彼はすでにソースで食べてすぐに食べられます。 危険は押しつぶされました-サイズではありますが、スケールではありません。 今日、人々はウイルスとバクテリア、爆発物と薬、毒素と重金属が怖いです。 誰もが、彼のスープ皿に含まれる周期表の要素の数、またはその疑わしいひげを生やした男のポケットに何が入っているかを知りたいと思っています。 「化学的ビジョン」は、現代人が生き残るための継続的な闘争において今日欠けているものです。
バイオセンサーは、条件付きの「化学的視覚」の器官と呼ぶことができます。 従来の化学分析方法とは異なり、バイオセンサーは非常に正確ではない場合があります（機器の測定と比較して目が正確でないように）、完全ではない場合があります（すべての範囲で音波が聞こえないなど）。 しかし、私たちが持っている基本的な機器は同じであり、あなたのお金のために買うには上記のものがすべて必要なので、それらは高速で便利で安価でなければなりません。
どのように機能しますか？
「... 1907年、奇妙な船員がリババの軍事港に現れました。 目を覚まし、祈り、朝食をとった後、彼らは兵舎を出て、ケージに白いネズミを乗せました。 潜水艦が彼らの不思議な船に行くことを知っていたのは入門者だけでした。 そして、動物の行動によって区画内の大気汚染を判定するために、マウスが必要です。 結局のところ、船は、区画に含まれている酸素の供給を受けて水の下に行きました。 そしてそれだけ。」
「水深の底から：潜水艦の回顧録における国内潜水艦隊の年代記」、1990
バイオセンサーの動作原理は非常に簡単です。 水や空気中の物質を検出する必要があると想像してください。そして、それはあまり重要ではないことは明らかです。 つまり、この物質は個別の分子の形でボリューム全体に散らばっており、それぞれが同じ構造と空間ジオメトリを持っています。 そのような小さな物体を分子として捕らえるには、それほど小型ではないツール、つまり、おそらく他の分子が必要です。 そのような分子を見つけることは一番のタスクです。 さらに、センサー分子がターゲット分子と反応する場合、システムは信号を送信する必要があります。さらに、簡単に検出できる信号が必要です。 検体の最小濃度に可能な限り敏感なシステムを作成することは、 タスク2です。
幸いなことに、最初のタスクはすでに自然に解決されています。 私たちの体（他の哺乳類の体と同様）は、タンパク質や糖などの外来分子を完全に認識できます。 この場合、それらはすべてバルクと呼ばれます。 それらの外観は通常、細菌またはウイルス感染の発症を意味します。 免疫グロブリンのクラスの特別なタンパク質分子である抗体を認識します。 胚の発生中であっても、人体は約1万個の抗体のバリアントを作成します。これらのバリアントは、パズルのピースと比較できる可変部分の構造が互いにわずかに異なります。 免疫グロブリンは血液中を連続的に循環し、あるパズル要素が別のパズル要素に適合すると、その可変部分に適合するような抗原分子を待ちます。 次に、この抗体は免疫系に信号を送り、免疫反応の複雑で長いカスケードを開始します。その結果、反応した抗体の多くのコピーが体内に現れます。
より実用的なアプリケーションでは、これは、私たちにとって関心のある物質をマウスまたはウサギに注射できることを意味し、しばらくすると多くの抗体が血液中に現れます-常にこの物質の分子に選択的に特異的に結合する特定の分子。 まあ、あなたは動物を拷問することはできません、そしてこれはすべて、in vitroで行うことができます-例えば、 モノクローナル抗体の技術を使用して。
2番目の問題はエンジニアによって既に解決されており、ここには多くの可能な方法があります。 1つの明白な方法は、これらの目的に合わせて電気を調整することです。 化学抵抗性バイオセンサーは、分析物の分子がバイオセンサーに付着したときに生じる抵抗の変化に反応します。 このようなデバイスにはいくつかの重要な利点があります。それらは迅速かつ選択的に応答し、安価で、携帯可能で、信頼性があります。 このようなセンサーの導電体として導電性ポリマーを使用すると便利です。 それらは、機械的特性に優れ（柔軟性がありますが、耐久性があります）、安価であり、さらに、分析分子を化学的に付着させることができます。 図1に、このタイプのセンサーの概略図を示します。
そのような材料の感度は、可能な限り大きな表面を材料に与えることで高めることができ、その後、より多くの分析分子がそれに適合します。 このパスに沿って可能なオプションの1つは、「導電性ポリマー」のナノ構造を形成することです-「リボン」、「ロッド」、「スレッド」。 それは現代的ですが、技術的に困難であり、したがって高価です。 この記事では、より単純な方法を提案します-「エレクトロスピニング」（e-spun）の技術を使用して、非導電性材料の繊維を作成し、それを導電性ポリマーで覆います。 そして、既に図2に示すように、すでに活性基を介してセンサー分子をポリマーに「結合」します。次に、「ターゲット-ターゲット」結合の形成時に、導電性ポリマーの抵抗が変化します。 利益、この場合いくつかのサイトで彼らが言うように
その結果、デバイスは次のようになります。
これは何につながりますか？
「あなたは嘘をついている、NATOの顔、兵士はルタバガを2袋食べられない！」
ひげを生やしたジョーク。
研究者は、センサーとしてアビジンタンパク質分子を使用し、信号としてビオチン分子を使用しました。 私たちの間のビオチンは、ビタミンB群であり、非常に一般的です。ほとんどすべての食品に含まれているだけでなく、腸内微生物叢もこの化合物を体内に供給します。 したがって、食物中のビオチンの量を決定することは非常に非現実的な問題です。 しかし、ビオチン-アビジンモデルは、これらの物質が互いに非常に高い親和性を持っているため便利です。 アビジンタンパク質は鶏の卵で発見され、それを称えて「ラテン語からの翻訳での卵子- 卵」とも呼ばれました。 このタンパク質は、卵の内容物を細菌から保護するラインの1つです。 それは非常に選択的にビタミンビオチンに結合し、細菌を飢starの食事に残します。 その結果、バクテリアは成長し増殖する能力を失います。
したがって、著者は、自分のシステムは、このタイプのバイオセンサーのアーキテクチャを作成したモデルにすぎないと強調しています。 実際の使用では、アビジンは他のセンサー分子に置き換えられます。明らかに、すでに述べた抗体です。
興味深いことに、この研究は米軍ナノテクノロジー研究所（ 米軍、兵士のナノテクノロジー研究所）を通じて米国陸軍によってサポートされていました。 おそらくすぐに、そのようなまたは同様の構造の助けを借りて、厳格なアメリカ軍曹がサービスの昼食の質を管理するでしょう。 現代のテクノロジーは、まさに文字通りの意味で行進中です。