NUS-kemister har utvecklat mycket selektiva och känsliga sensorer baserade på molekylärt präglade polymerer (MIP) för snabb upptäckt på plats av giftiga ämnen.

Nervmedel, som den välkända agenten VX, är en klass av fosforhaltiga organiska föreningar som allvarligt påverkar vårt nervsystem. Dessa organiska föreningar, kända som organofosfater, används ofta i många insekticider och herbicider. Konventionella analytiska tekniker för att detektera dem inkluderar kromatografi, fluorescensspektroskopi och immunanalys. Dock, dessa tekniker involverar vanligtvis sofistikerad utrustning eller tråkiga tidskrävande procedurer som gör detektion särskilt utmanande.

En forskargrupp ledd av Prof Sam LI från Institutionen för kemi, NUS har utvecklat två typer av analytiska sensorer som kan upptäcka dessa nervämnen och andra giftiga kemiska föreningar på ett enklare sätt, ger resultaten på mycket kortare tid. En av sensorerna, som riktar sig till icke vattenlösliga föreningar, är tillverkad av ett kommersiellt tillgängligt termoplastmaterial, polyvinylidenfluorid (PVDF). PVDF-termoplasten tillverkades med en unik MIP-baserad metod utvecklad av teamet som använder polymerer direkt istället för monomerer. Den andra sensorn för att detektera kemiska föreningar i vattenlösningar använder en biologiskt kompatibel polymer, polydopamin (PDA). Teamet hade utvecklat en "torr" MIP-baserad process under förmonteringsstadiet så att en större mängd molekylära arter kan detekteras av dessa sensorer.

Sensorerna tillverkas med hjälp av en präglingsteknik i molekylär skala för att skapa unika mönster av målmolekylerna på polymera material. Dessa mönstrade polymerer, känd som MIP, kommer då att innehålla specifika mönster med mellanslag som passar exakt med målmolekylerna. Det är som ett konstgjort litet lås där målmolekylen fungerar som miniatyrnyckel. De kemiska målföreningarna, om det finns i miljön, kommer att fästas på sensorfilmen, orsakar en ökning av massan. Genom att fästa en piezoelektrisk kvartskristallmikrovåg (QCM) på den, denna minutförändring i massa kan lätt upptäckas.

Prof Li sa, "De MIP-baserade sensorerna kunde exakt detektera mindre än 20 mikrogram organofosfatbekämpningsmedel, som är kemikalier som vanligtvis används för frukt- och grönsaksodling i 1 liter vatten, på så snabbt som tre minuter. Konventionella metoder slutför vanligtvis analysen inom ett tidsintervall på cirka 5 till 15 minuter. "

Prof Li tillade, "Storleken på detektionssatsen skulle potentiellt kunna miniatyriseras till ungefär hälften av en iPhone 8 så att den lätt kan bäras runt för snabb analys på plats av potentiella hot."