Naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN stworzyli pionierski sensor chemiczny służący do wykrywania melaminy - groźnej substancji nielegalnie dodawanej do produktów spożywczych.
Dzięki wykorzystaniu procesu wdrukowywania molekularnego, naukowcy zbudowali unikatowy czujnik chemiczny (chemosensor) do selektywnego oznaczania melaminy. Substancja ta bywa nielegalnie stosowana w celu zawyżania zawartości białek w produktach spożywczych. Melaminy nie należy mylić z melaniną, barwnikiem odpowiedzialnym m.in. za kolor tęczówki oka.
- Zaprezentowana przez nas metoda wykrywania i oznaczania stężenia melaminy pozwala przeprowadzać pomiary z dokładnością, którą dotychczas mogliśmy uzyskać wyłącznie w laboratorium – mówi prof. Włodzimierz Kutner z IChF. Urządzenie, przetestowane w warunkach laboratoryjnych, zostało już zgłoszone do opatentowania.
Jedzenie z klejem
Złą sławę melamina zdobyła po skandalu z chińskim mlekiem. W drugiej połowie 2008 roku trafiła do produktów mlecznych produkowanych w Chinach, w tym do odżywek dla niemowląt. Skażone produkty wykryto później w sklepach na całym świecie, w tym w Niemczech i na Słowacji. Problemy ze zdrowiem miało 300 tys. osób, hospitalizowano 50 tys. niemowląt, sześcioro z nich zmarło.
Melamina, inaczej cyjanuramid, jest stosowana w przemyśle do wytwarzania materiałów polimerowych i żywic, służących do produkcji klejów, blatów i naczyń kuchennych, nawozów sztucznych i barwników. W połączeniu z kwasem cyjanurowym – detergentem używanym do sterylizowania opakowań żywności – melamina po przedostaniu się do organizmu, tworzy żółte złogi w kanalikach nerkowych, co prowadzi do poważnych problemów zdrowotnych; w skrajnych przypadkach mogą się one zakończyć nawet śmiercią.
Dotychczas precyzyjne testy na obecność melaminy można było przeprowadzać wyłącznie w laboratoriach. - W przemyśle spożywczym stosowano metody pośrednie, polegające na określaniu zawartości azotu w próbce – wyjaśnia prof. Kutner. - Wybór azotu nie był przypadkowy, jest to bowiem pierwiastek występujący głównie w białkach. Melamina zawiera bardzo duże ilości azotu: stanowi on aż 2/3 jej masy. Z tego powodu w Chinach powszechnie dodawano ją do rozcieńczonego wodą mleka. Czujniki wskazywały obecność dużych ilości azotu w produktach, co sugerowało wysoką wartość odżywczą próbek.
Kwantowe nanostruktury
Opracowany w IChF PAN detektor reaguje nie na azot, a bezpośrednio na melaminę. - Gdy badany roztwór przepływa przez warstwę detekcyjną naszego chemoczujnika, tylko cząsteczki melaminy pasują do znajdujących się w niej luk molekularnych i tylko one mogą w nich ugrzęznąć – opisuje prof. Kutner. Warstwa detekcyjna – porowate przestrzenne sito o grubości kilkuset nanometrów wychwytujące melaminę - jest osadzona na elektrodzie rezonatora kwarcowego. Gdy cząsteczki melaminy wypełniają luki, wzrasta masa warstwy, co prowadzi do łatwych do zmierzenia zmian częstotliwości drgań rezonatora. Po pomiarze cząsteczki melaminy można wypłukać, dzięki czemu czujnik nadaje się do ponownego użycia.
Prace nad chemoczujnikiem melaminy są realizowane w ramach grantu obejmującego budowę nanostruktur kwantowych „Kwantowe nanostruktury półprzewodnikowe do zastosowań w biologii i medycynie – Rozwój i komercjalizacja nowej generacji urządzeń diagnostyki molekularnej opartych o nowe polskie przyrządy półprzewodnikowe”. Na badania przeznaczono ponad 73 mln złotych, a w projekcie oprócz Ich PAN biorą udział inne ośrodków: Instytut Wysokich Ciśnień PAN oraz Instytut Biologii Doświadczalnej PAN, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki Politechniki Wrocławskiej, Instytut Technologii Elektronowej i Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego Uniwersytetu Warszawskiego. Koordynatorem prac jest Instytut Fizyki PAN, tam również mają powstać półprzewodnikowe struktury tranzystorowe, których wykorzystanie otworzy drogę do komercjalizacji wynalazku.
Przemysław Goławski, źr. Instytut Chemii Fizycznej PAN
