Nowatorski czujnik, który w przyszłości pozwoli szybko i pewnie wykrywać produkty skażone melaminą, opracowali naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej Polskiej Akademii Nauk (IChF PAN) w Warszawie.
Na razie urządzenie przetestowano w warunkach laboratoryjnych i zgłoszono do opatentowania.
“Zaprezentowana przez nas metoda wykrywania i oznaczania stężenia melaminy pozwala przeprowadzać pomiary z dokładnością, którą dotychczas mogliśmy uzyskać wyłącznie w laboratorium” – podkreślił prof. Włodzimierz Kutner z IChF PAN.
Melamina to związek chemiczny stosowany w przemyśle do wytwarzania materiałów polimerowych, służących do produkcji klejów, blatów i naczyń kuchennych, nawozów sztucznych i barwników. Bywa też nielegalnie używana dla zawyżania zawartości białek w produktach spożywczych.
Po przedostaniu się do organizmu człowieka melamina, w połączeniu z kwasem cyjanurowym – detergentem używanym do sterylizowania opakowań żywności – tworzy żółte złogi w kanalikach nerkowych, co prowadzi do poważnych problemów zdrowotnych. W skrajnych przypadkach mogą się one zakończyć nawet śmiercią.
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. Jak przypomina IChF PAN, 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, a kilka z nich zmarło.
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 badanego produktu spożywczego” – wyjaśnia prof. Kutner. Zaznacza, że wybór azotu nie jest przypadkowy. Pierwiastek ten występuje głównie w cennych dla naszego organizmu białkach, a melamina zawiera go bardzo duże ilości. Azot stanowi aż 2/3 masy melaminy.
Z tego powodu w Chinach powszechnie dodawano melaminę do rozcieńczonego wodą mleka. Czujniki wskazywały obecność dużych ilości azotu w produktach, co sugerowało wysoką wartość odżywczą próbek. Opracowany przez polskich naukowców 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.
Kluczowym elementem chemoczujnika jest warstwa detekcyjna grubości kilkuset nanometrów. Warstwę tę wytwarza się metodą wdrukowywania molekularnego – rezultatem jest porowate, przestrzenne sito, w którego lukach mogą się zakotwiczyć tylko cząsteczki melaminy.
Warstwa detekcyjna 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.
We współpracy z Instytutem Fizyki PAN naukowcy podjęli również badania, które mają doprowadzić do wyeliminowania wrażliwego na warunki pracy rezonatora kwarcowego. Jego rolę pełniłyby półprzewodnikowe struktury tranzystorowe.
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”.
Grant o wartości ponad 73 mln złotych, jest finansowany w 85 proc. z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, działającego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013, pozostałą część finansuje budżet państwa.
W badaniach uczestniczą: koordynator projektu – Instytut Fizyki PAN, Instytut Chemii Fizycznej PAN, 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.
