Японские исследователи разработали компактный сенсор, способный определять «левую» и «правую» формы отдельных молекул аминокислот. Работа учёных из Университета Осаки опубликована в журнале Nature Communications, а о результатах сообщило издание Universe Today. Такой подход может пригодиться при поиске признаков жизни в образцах, собранных за пределами Земли.
Аминокислоты бывают двух зеркальных разновидностей — L- и D-форм. Неживые химические процессы обычно создают их в равных количествах, тогда как известная нам жизнь почти исключительно использует L-аминокислоты для построения белков и D-формы при создании нуклеиновых кислот. Поэтому заметное соотношение между такими вариантами может указывать на биологическое происхождение вещества.
Обычные методы различения хиральности требуют лазеров, флуоресцентных меток, газов-носителей или химических реагентов. Для космических аппаратов это означает дополнительную массу и сложное оборудование, особенно с учётом того, что аминокислоты в Солнечной системе встречаются лишь в следовых количествах. Новый прибор использует нанозазор между двумя атомарно острыми золотыми проводниками шириной от 0,56 до 0,58 нанометра.
При напряжении 0,1 вольта электроны проходят через этот промежуток за счёт квантового туннелирования. Молекула аминокислоты, попадающая в зазор в результате диффузии, изменяет условия такого перехода и вызывает электрический импульс. Его амплитуда и форма служат проводниковым «отпечатком», по которому можно определить молекулу и её хиральность.
Ориентация золотых нанопроводов по-разному взаимодействовала с L- и D-формами. С помощью алгоритма машинного обучения исследователи правильно различали варианты конкретной аминокислоты примерно в 87,6% случаев. В испытаниях с 20 стандартными биологическими аминокислотами прибор одновременно определял состав и пространственную форму молекул, работая с концентрациями ниже наномолярного уровня; глицин не учитывался как хиральное вещество.
Затем сенсор проверили на почве пустыни Атакама, которую рассматривают как земной аналог марсианской среды, и на образце метеорита Мерчисон, упавшего в Австралии в 1969 году. После фильтрации шумов результаты оказались сопоставимы с жидкостной хроматографией и масс-спектрометрией — признанным эталоном анализа хиральности, хотя загрязнение поверхности нанозазора вызвало расхождения. Авторы рассчитывают устранить проблему улучшением алгоритмов; среди возможных будущих применений они называют прибор ELIE для поиска биосигнатур на Энцеладе и Европе, поскольку сенсор легче традиционных систем, не требует активного охлаждения и выдерживает нагрев до 300 градусов Цельсия, однако устойчивость нанопроводов к вибрациям при запуске ещё предстоит проверить.