威斯康星大学麦迪逊分校的化学工程师开发了一种新方法来制造廉价的化学传感器，用于检测患者呼吸中的爆炸物，工业污染物甚至疾病的化学标记物。

　　Manos Mavrikakis和Nicholas L. Abbott，威斯康星大学麦迪逊分校的化学和生物工程学教授，将他们在计算化学和液晶方面的专业知识结合起来，将艾博特制造的传感器转换为检测致命沙林毒气的分子模拟物，并将其转换为调整类似传感器的路线图。标记其他危险或重要的化学品。

　　“我们已经建立了一个新的框架，”Mavrikakis说。

　　研究人员在Nature Communications杂志上描述了这些材料。

　　他们的框架是一种优化组件的新方法 - 类似于平板电视中的组件 - 基于液晶的传感器：金属阳离子(带正电的离子)，盐阴离子，溶剂和形成液晶的分子。

　　该研究利用了Mavrikakis的计算化学专业知识和雅培的实验专业知识，在量子化学建模和实验室实验之间循环，以优化目标物质的传感器组件。通过依次调整每个单独的组件，他们确定了一种理想的配置，专门响应他们想要感知的分子，称为分析物。相同的方法可以为许多不同的分析物产生新的传感器。

　　例如，将来，基于痕量的恶臭分子尸胺的存在，这些材料可用于指示鱼或肉的新鲜度。另一种变异可以用于基于分析诸如呼吸中的一氧化氮的小分子来检测呼吸道疾病。

　　在实验室中制作这种特殊和敏感的材料并非易事。对于涉及多个组件的复杂传感器，混合和匹配化学品，希望在完美组合中绊脚石是费力且低效的。

　　研究人员在实验室尝试实验之前转向计算机模拟，而不是多年的反复试验。

　　“这确实是第一次使用量子力学的计算化学来整合一种连贯的思维方式来缩小解决爆炸性复杂问题的可能解决方案，”Mavrikakis说，他的工作得到了美国国家科学基金会和国家科学基金会的支持。陆军研究室。

　　在确定了有希望的候选者之后，研究人员使用真实世界的测量来进一步改进和改进他们的计算模型。

　　传感器材料由金属盐薄膜组成，固定在表面上的液晶都指向同一方向。研究人员设计了特定的液晶分子和金属阳离子，这样少量的分析物就会破坏液晶与表面的相互作用，并使有序的排列变得混乱。液晶的变化将是分析物存在的可见指示。

　　与依赖复杂质谱或高效液相色谱设备的机场中昂贵的爆炸物检测吹气机不同，这些液晶传感器可以是便携式，可穿戴且便宜的。

　　研究人员计划探索其他分析物的新组合，并开发新的液晶分子，结合其他金属盐和溶剂，制造更灵敏，更具选择性的传感器。