FoodPro Preloader

Sensing Trouble


Verdensarrangementer de siste to årene har medført en rekke nye bekymringer for den gjennomsnittlige amerikanske. Sikkerheten til vannforsyningen, risikoen for highjackere og trusselen om kjemiske og biologiske våpen som brukes på våre kyster, har flyttet til forsiden av landets kollektive bevissthet. På

Verdensarrangementer de siste to årene har medført en rekke nye bekymringer for den gjennomsnittlige amerikanske. Sikkerheten til vannforsyningen, risikoen for highjackere og trusselen om kjemiske og biologiske våpen som brukes på våre kyster, har flyttet til forsiden av landets kollektive bevissthet. På det 225. nasjonale møtet i American Chemical Society i New Orleans i New Orleans ble presentasjoner som fokuserte på innenlands sikkerhetsproblemer, et merkbart tillegg til programmet, med forskere som skisserer nye måter å oppdage farlige kjemikalier på og beskriver nye anvendelser av tidsbestemte teknikker.

RECRUITING NATURE
Nasjonens vannreservoarer er et potensielt mål for fremtidige terrorangrep. Til gjengjeld fikk Bioterrorism Act fra 2002 tillatelse til 160 millioner dollar i føderale midler for sårbarhetsvurderinger av drikkevannsystemer. I New Orleans skisserte Elias Greenbaum i Oak Ridge National Laboratory en unik tilnærming til screening av vannreservoarer. I stedet for å bruke mye tid og energi til å designe og produsere en komplisert sensor, rekrutterte laget sitt noen av naturens egne arbeidere for oppgaven: alger.

"Hvis du ser på elv, innsjø, reservoar, strøm, dam - noe overflatevann - selv om det ser ganske rent ut, blir det alger som vokser i vannet, sier Greenbaum. Han burde vite: Hans primære fokus på laboratoriet er å studere organismens fotosyntetiske mekanismer. Fordi alger er følsomme for selv den minste endringen i deres miljø, er de egnet for overvåkning av potensielle patogener. Tanken om å sette alger til å fungere som akvatiske sentineller startet nesten to år før angrepene på 9-11 med en rutinemessig oppfordring fra Forsvarsforskningsprosjektet (DARPA), Forsknings- og utviklingsarmen til Forsvarsdepartementet. "Forbindelsen mellom bruk av visse fysiologiske parametre for alger og andre fotosyntetiske organismer for å forsøke å oppdage enten bevisste eller utilsiktede toksiner virket som en rimelig ting å gjøre, " hevder Greenbaum.

Under fotosyntese konverterer grønne planter lysenergi til kjemisk energi, men som de fleste slike prosesser er denne ikke 100 prosent effektiv. Den tapte energien lekker tilbake ut av anlegget da den fluorescerer, eller avgir stråling med en annen bølgelengde enn det innfallende lyset nesten umiddelbart etter å absorbere det. Ulike planter viser varierende mønstre av fluorescens over tid. Teamet på ORNL bruker disse såkalte fluorescensinduksjonskurver - som er et mål for algenes helse - for å overvåke for giftstoffer. Realtid, kontinuerlige målinger av fluorescens fra alger i overflatevann, forskerne har funnet, kan effektivt avsløre tilstedeværelsen av farlige kjemikalier gjennom deres effekter på organismene. "I de siste par årene har moderne fluorometrisk instrumentering avansert til det punktet hvor man kan oppdage fluorescens fra alger i ubehandlet vann, " sier Greenbaum. "Det er, du trenger ikke å konsentrere prøven for å forbedre signalet."

Hittil har laboratorietester vist at alger er pålitelige indikatorer på farlige stoffer som cyanid og herbicidene Paraquat, som ødelegger slimhinner, og DCMU, som ofte ble brukt i forbindelse med Agent Orange. Greenbaum og hans kolleger overvåket også alger fra Clinch River i nærheten av ORNL, som forsyner Oak Ridge med drikkevann, og viste at deres teknikk vil fungere, i prinsippet. Nylig har laboratoriet sluttet seg til United Defense for å produsere et prototypesystem, kalt AquaSentinel SM, som kan distribueres i feltet.

SHRINKING BENCHTOP INSTRUMENTATION

Nøkkelen av ORNLs nye deteksjonsmetode kan ikke engang være synlig for det blotte øye. Robert J. Cotter og Ben D. Gardner fra Johns Hopkins University beskrev fremdriften som ble gjort mot å krympe det som typisk har vært et laboratoriumbeemoth, massespektrometeret, for å kunne bruke instrumentet til hjemlandsforsvar. Massespektrometri, hvor forbindelser blir ionisert og deretter identifisert basert på hvordan de ladede partiklene oppfører seg, er en god kandidat for raskt å detektere og identifisere biologiske midler. "Alt har en masse, " peker Cotter ut, "så alt er oppe i et massespektrometer."

Men for å kunne identifisere potensielle trusler ved bruk av maskinen, må forskerne komme opp med pålitelige markører for bakterier eller virus av interesse, som miltbrann eller kopper. Det er fordi hvis potensielt dødelige bakterier ble blandet med noe mer gunstig, ville det resulterende spektret se annerledes ut og kanskje tillate skadelig agent å gå uoppdaget. Disse biomarkørene må derfor være konsistente uansett de andre forbindelsene som er inkludert i en blanding med de farlige midlene.

For det formål bør genomisk sekvensering hjelpe. "Fordi proteiner og peptider er nært knyttet til genomet, kan du bruke genomet til å forutsi massene av alle proteiner som kan uttrykkes, uansett om de er eller ikke, " forklarer Cotter. "Så du kan forutsi alle de som skal være kandidater for å bli uttrykt, og ha et sett med kjente masser for disse tingene. Da er alt du trenger å se noen få." For eksempel vil en kamp med fem topper for en bestemt bakteries kjente biomarkører i et komplisert spektrum på 40 topper utgjøre en vellykket identifikasjon.

Mens forskere søker etter de spesielle proteinene som vil avsløre et bioagent, jobber Cotter og hans team med en annen del av massespektrometer-as-field-agent-problemet: miniaturisering. Forskernes nyeste design huser et sylindrisk rør bare tre inches langt, en brøkdel av rørets lengde i stasjonære modeller, som kan nå mer enn en meter. En stor hindring for mindre instrumenter er oppløsning: med en kortere vei for molekylfragmentene å krysse blir det vanskeligere å skille meget like mange masser. Ved å endre instrumentets geometri og endre det elektriske feltet som omgir røret slik at det ikke lenger er lineært, øker forskerne signifikant maskinens løsningsevne. Cotter forutser at ytterligere forbedringer for mini-maskiner som kan brukes i en feltinnstilling, sannsynligvis vil avhenge av produksjonsbegrensninger som eksisterer for andre deler av maskinen, for eksempel vakuumpumper. Selv om arbeidet med biomarkørene går fort, er virkelige eksempler på teknikken trolig fortsatt minst tre år unna, sier han.

Overvåking fra innsiden ut

Selvfølgelig ville et ideelt hjemlandssikkerhetsforsvar forhindre folk i kontakt med skadelige agenter. Men hvis eksponering oppstår, er tidlig deteksjon ofte nøkkelen til et offers overlevelse. En presentasjon gitt av Anthony W. Czarnik, som representerer Sensorer for medisin og vitenskap, Inc., skisserte en metode for in vivo-overvåking som en dag kunne varsle en person på tilstedeværelsen av et gift i sin egen kropp.

Selskapet utvikler et implantat som kontinuerlig kan overvåke en persons blodsukkernivå. Fokus ligger på glukose nivåer for nå, sier Czarnik, på grunn av det store markedet for pasienter som lider av diabetes. Men implantater som er følsomme for andre molekyler i blodet, som miltbrann, kan utvikles i fremtiden. "Søknader til hjemlandssikkerhet følger ganske enkelt, " sier han.

Omtrentlig størrelsen på en Tic Tac R pustemynte, er implantatet designet for å bli plassert under huden ved håndleddet. Inne i den lille enheten, som ville bli drevet av en spesialdesignet klokke som er slitt over sensoren, er et fungerende fluorometer som oppdager glukosemolekyler og relayer informasjonen til en skjerm på klokkeflaten. Hittil har selskapet gjennomført tester på kaniner og funnet ut at implantatet på en pålitelig måte kan oppdage endringer i blodsukkernivået i dyrene. Et første møte med Food and Drug Administration er gjennomført, rapporterer Czarnik, og menneskelige forsøk kan begynne innen årets slutt.

Inaktive øyeblikk blir til mange luftforurensende stoffer på skoleneForskjellige slag: Nye motorforurensninger med lavere forurensning kan redde liv og bekjempe klimaendring [lysbildefremvisning]Betal snavs: Slik setter du Tar Sands inn i olje [Slide Show]Leder av US Chemical Safety Board fraråderNASAs neste Mars Rover til Land på Huge Gale CraterJourneying til den gamle jorden og Quantum RealmNy teleskopstrategi kan løse Dark Matter MysteryNew York City kunne se 6-fots sjøstigning, tripling av varmebølger innen 2100