Goldnanopartikel helfen beim Nachweis eines giftigen Metalls - Quecksilbers

Goldnanopartikel helfen beim Nachweis eines giftigen Metalls - Quecksilbers

Video: Nanopartikel (April 2020).

Anonim

Wissenschaftler der Northwestern University haben mit Goldnanopartikeln, DNA und einigen intelligenten chemischen Methoden einen einfachen "Lackmustest" für Quecksilber entwickelt, der schließlich zur Umweltüberwachung von Gewässern wie Flüssen und Bächen vor Ort eingesetzt werden kann, Seen und Ozeane, um ihre Sicherheit als Nahrungs- und Trinkwasserquelle zu bewerten.

Ein Artikel über die kolorimetrische Rastertechnologie und den Erfolg der Quecksilberdetektion wird online am 27. April von der Angewandten Chemie, der renommierten europäischen Zeitschrift für angewandte Chemie, veröffentlicht.

Methylquecksilber, ein Neurotoxin, das für Kleinkinder und schwangere Frauen besonders gefährlich ist, ist die Form von Quecksilber, die Menschen einnehmen, wenn sie kontaminierten Fisch und Schalentiere essen. Quecksilber wird durch industrielle Verschmutzung in die Luft freigesetzt, fällt in Gewässer und verschmutzt die Gewässer, in denen Fische und Schalentiere leben. Bakterien in Gewässern wandeln dann wasserlösliches Quecksilberion (Hg2 +) in Methylquecksilber um, das sich in unterschiedlichen Mengen in Fischen und Schalentieren anreichert.

"Es ist entscheidend, Quecksilber schnell, genau und an der Quelle zu erkennen", sagte Chad A. Mirkin, Professor für Chemie, Professor für Medizin und Professor für Materialwissenschaften und -technik, der die Studie leitete. "Die meisten vorhandenen Nachweismethoden erfordern teure, komplizierte Geräte, um Tests in einem Labor durchführen zu können. Unsere Methode ist einfacher, schneller und praktischer als herkömmliche Methoden, und die Ergebnisse können mit bloßem Auge am Einsatzort abgelesen werden."

Die Forscher berichten, dass sie durch einfache Sichtprüfung feststellen konnten, ob und in welcher Menge solvatisiertes Quecksilberion in jeder getesteten Probe vorhanden war. Zur Veranschaulichung der Selektivität der Methode könnten sie auch Quecksilber von anderen Metallen mit ähnlichen Bindungsmechanismen wie Cadmium und Kupfer unterscheiden.

Das Verfahren ist auch hochempfindlich und kann Quecksilberionen im 100-Nanomolar-Bereich nachweisen. "Nach meinem besten Wissen haben wir einen Rekord für den empfindlichsten kolorimetrischen Sensor aufgestellt", sagte Mirkin. "Ein Glukosemessgerät zum Beispiel arbeitet im hochmikromolaren Maßstab, wobei Glukose 100.000-mal konzentrierter ist als das von uns nachgewiesene Quecksilber."

Die nordwestliche Methode nutzt die intensive Farbe von Gold, wenn das Metall auf der Skala von Atomen gemessen wird. Mirkin und sein Team begannen mit Goldnanopartikeln mit einem Durchmesser von jeweils nur 15 Nanometern, die durch komplementäre DNA-Stränge zusammengehalten wurden. Da sie innerhalb eines bestimmten kritischen Abstands zusammengehalten werden, sind die Goldnanopartikel - und die Lösung, in der sie sich befinden - blau. Wenn die Lösung erhitzt wird, zerbricht die DNA und die Goldnanopartikel, die sich nicht mehr in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, leuchten jetzt hellrot.

Da die Forscher wussten, dass Quecksilberionen selektiv an die Basen einer Thymidin-Thymidin-Fehlpaarung (TT) binden, entwickelten sie für jeden DNA-Strang, der an ein Goldnanopartikel gebunden ist, eine einzelne Thymidin-Thymidin-Fehlpaarung (TT). Wenn Quecksilber in der Lösung vorhanden ist, bindet es fest an die TT-Fehlpaarungsstelle.

Der Schlüssel zur Technologie besteht darin, dass die Farbänderung von Blau zu Rot bei 46 Grad Celsius auftritt, wenn die Lösung kein Quecksilber enthält, und bei höherer Temperatur, wenn Quecksilber vorhanden ist.

"Wenn Quecksilber an die TT-Fehlpaarungsstelle bindet, fügt man etwas Sekundenkleber hinzu - die Goldnanopartikel werden jetzt noch enger zusammengehalten", sagte Mirkin. "Das Quecksilber schafft eine stärkere Bindung, die eine höhere Temperatur erfordert, um die DNA-Stränge aufzubrechen."

Die Temperatur, die erforderlich ist, um die Stränge zu zerlegen, wenn sich die Farbe von blau nach rot ändert, gibt auch an, wie viel Quecksilber vorhanden ist - je höher die Temperatur, desto mehr Quecksilber oder "Superkleber" ist vorhanden.

Ihr nächster Schritt, sagte Mirkin, besteht darin, die Empfindlichkeit der Methode zu erhöhen und den Umfang der Umweltziele zu erweitern. Mit ähnlichen Prinzipien haben die Forscher begonnen, ein kolorimetrisches Screeningverfahren für Cadmium und Blei zu entwickeln.

"Dies ist eine einfache Methode, die wir problemlos für andere Metalle anpassen können", sagte Mirkin.

Quelle: Northwestern University