Rtęć należy do toksycznych metali ciężkich kumulujących się w łańcuchu pokarmowym. Szczególnie niebezpieczna jest jej pochodna organiczna – metylortęć, której największe stężenia obserwuje się w wodach oraz w ciele ryb drapieżnych spożywanych przez ludzi, takich jak tuńczyk i miecznik. Fakt ten generuje potrzebę opracowania czułych metod detekcji nawet niewielkiego stopnia zanieczyszczenia zbiorników wodnych i ryb.

Na początku września br. naukowcy z Northwestern University we współpracy z grupą badawczą z École Polytechnique Fédérale de Laussane (EPFL) opublikowali pracę opisującą nową metodę wykrywania rtęci, jej pochodnych, a także niektórych innych metali (np. kadmu) w próbkach pobranych z wody oraz tkanek ryb. Wykorzystano w tym celu cienką warstwę nanocząsteczek opłaszczonych organicznymi ligandami tworzącymi wypustki przypominające „włoski”. Taki specyficzny mikrofilm przytwierdzono do szkła, a całość zaopatrzono w woltomierz.

Wypustki na powierzchni mikrofilmu wyłapują jony dodatnie, co prowadzi do zmiany struktury elektronicznej mostków molekularnych pomiędzy nanocząsteczkami, a w konsekwencji do zwiększenia prądu tunelowego. Dzięki temu całe urządzenie zaczyna przewodzić prąd, a im więcej jonów zostaje spułapkowanych, tym ten prąd jest większy. Długość włoskowatych wypustek decyduje o rodzaju wyłapywanych jonów. Przykładowo, dłuższe pułapkują metylortęć, a krótsze kadm. Urządzenie można więc dostosować do specyficznych potrzeb badaczy.

Naukowcy użyli tego nowatorskiego systemu między innymi do wykrycia poziomu rtęci w Jeziorze Michigan oraz w ciele ryb z Florida Everglades. Okazało się, że wyniki pomiarów były zgodne z wynikami otrzymanymi (za pomocą klasycznych technik) przez FDA i  U.S. Geological Survey, co dowodzi dokładności metody.

Prof. Bartosz Grzybowski – główny koordynator opisywanego projektu - zwraca uwagę, że za pomocą dotychczasowych technik udawało się wykryć stężenia metylortęci na poziomie już toksycznym, natomiast nowa metoda umożliwia wykrycie attomolowych stężeń tej substancji (10^-18 mola), czyli stężeń w przybliżeniu milion razy mniejszych niż wykrywalnych za pomocą metod klasycznych. Sam pomiar trwa kilka minut, a koszt mikrofilmu to zaledwie od 1 $ do 10 $. Nawet po doliczeniu ceny urządzenia do pomiaru napięcia koszt jest niewielki w porównaniu z ogromnymi kosztami dotychczasowych rozwiązań. Rodzi to nadzieję na wykorzystanie nowej nanotechnologicznej metody do testowania wody choćby w kranach.

Ewa Rojczyk-Gołębiewska

Źródła:

Cho ES, Kim J, Tejerina B, Hermans TM, Jiang H, Nakanishi H, Yu M, Patashinski AZ, Glotzer SC, Stellacci F, Grzybowski BA. Ultrasensitive detection of toxic cations through changes in the tunnelling current across films of striped nanoparticles. Nature Materials 2012 Sep 9  [Epub ahead of print]

http://www.northwestern.edu/newscenter