Deze bijzondere ontdekkingen trokken dit jaar de aandacht van de redactie van C&EN.
door Krystal Vasquez
PEPTO-BISMOL MYSTERIE
Bron: Nat. Commun.
Structuur van bismutsubsalicylaat (Bi = roze; O = rood; C = grijs)
Dit jaar heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Stockholm een eeuwenoud mysterie ontrafeld: de structuur van bismutsubsalicylaat, het actieve bestanddeel van Pepto-Bismol (Nat. Commun. 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-29566-0). Met behulp van elektronendiffractie ontdekten de onderzoekers dat de verbinding is opgebouwd uit staafvormige lagen. Langs het midden van elke staaf wisselen zuurstofanionen af tussen het overbruggen van drie en vier bismutkationen. De salicylaatanionen coördineren ondertussen met bismut via hun carboxyl- of fenolgroepen. Met behulp van elektronenmicroscopie ontdekten de onderzoekers ook variaties in de stapeling van de lagen. Ze denken dat deze ongeordende structuur zou kunnen verklaren waarom de structuur van bismutsubsalicylaat wetenschappers zo lang heeft kunnen ontgaan.
Met dank aan Roozbeh Jafari
Grafeensensoren die op de onderarm zijn bevestigd, kunnen continue bloeddrukmetingen uitvoeren.
BLOEDDRUKTATOEAGES
Al meer dan 100 jaar betekent het meten van je bloeddruk dat je arm wordt samengeknepen met een opblaasbare manchet. Een nadeel van deze methode is echter dat elke meting slechts een momentopname is van iemands cardiovasculaire gezondheid. Maar in 2022 ontwikkelden wetenschappers een tijdelijke grafeen "tatoeage" die de bloeddruk continu kan meten gedurende meerdere uren (Nat. Nanotechnol. 2022, DOI: 10.1038/s41565-022-01145-w). De op koolstof gebaseerde sensorarray werkt door kleine elektrische stroompjes door de onderarm van de drager te sturen en te meten hoe de spanning verandert naarmate de stroom door het weefsel van het lichaam beweegt. Deze waarde correleert met veranderingen in het bloedvolume, die een computeralgoritme kan vertalen naar systolische en diastolische bloeddrukmetingen. Volgens Roozbeh Jafari van Texas A&M University, een van de auteurs van de studie, zou het apparaat artsen een onopvallende manier bieden om de hartgezondheid van een patiënt gedurende langere perioden te monitoren. Het zou medische professionals ook kunnen helpen om externe factoren die de bloeddruk beïnvloeden, zoals een stressvol doktersbezoek, eruit te filteren.
DOOR DE MENS GEGENEREERDE RADICALEN
Credit: Mikal Schlosser/TU Denemarken
Vier vrijwilligers zaten in een klimaatgeregelde ruimte zodat onderzoekers konden bestuderen hoe mensen de luchtkwaliteit binnenshuis beïnvloeden.
Wetenschappers weten dat schoonmaakproducten, verf en luchtverfrissers allemaal de luchtkwaliteit binnenshuis beïnvloeden. Onderzoekers ontdekten dit jaar dat mensen dat ook kunnen. Door vier vrijwilligers in een klimaatgecontroleerde ruimte te plaatsen, ontdekte een team dat natuurlijke oliën op de huid van mensen kunnen reageren met ozon in de lucht en daarbij hydroxylradicalen (OH) produceren (Science 2022, DOI: 10.1126/science.abn0340). Eenmaal gevormd, kunnen deze zeer reactieve radicalen stoffen in de lucht oxideren en potentieel schadelijke moleculen produceren. De huidolie die aan deze reacties deelneemt, is squaleen, dat reageert met ozon tot 6-methyl-5-hepten-2-on (6-MHO). Ozon reageert vervolgens met 6-MHO tot OH. De onderzoekers zijn van plan voort te bouwen op dit werk door te onderzoeken hoe de niveaus van deze door mensen gegenereerde hydroxylradicalen variëren onder verschillende omgevingsomstandigheden. Intussen hopen ze dat deze bevindingen wetenschappers ertoe zullen aanzetten om hun beoordeling van de chemische samenstelling van binnenruimtes te herzien, aangezien mensen vaak niet als bron van emissies worden beschouwd.
KIKKERVEILIGE WETENSCHAP
Om de chemische stoffen te bestuderen die gifkikkers uitscheiden ter verdediging, moeten onderzoekers huidmonsters van de dieren nemen. Bestaande bemonsteringstechnieken beschadigen deze kwetsbare amfibieën echter vaak of vereisen zelfs euthanasie. In 2022 ontwikkelden wetenschappers een humanere methode om kikkers te bemonsteren met behulp van de MasSpec Pen, een penachtig instrument dat alkaloïden op de rug van de dieren verzamelt (ACS Meas. Sci. Au 2022, DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.2c00035). Het instrument werd ontwikkeld door Livia Eberlin, een analytisch chemicus aan de Universiteit van Texas in Austin. Het was oorspronkelijk bedoeld om chirurgen te helpen onderscheid te maken tussen gezond en kankerweefsel in het menselijk lichaam, maar Eberlin realiseerde zich dat het instrument ook gebruikt kon worden voor onderzoek naar kikkers nadat ze Lauren O'Connell ontmoette, een biologe aan de Stanford University die onderzoek doet naar hoe kikkers alkaloïden metaboliseren en opslaan.
Foto: Livia Eberlin
Met een massaspectrometriepen kunnen monsters van de huid van gifkikkers worden genomen zonder de dieren te schaden.
Krediet: Wetenschap/Zhenan Bao
Met een rekbare, geleidende elektrode kan de elektrische activiteit van de spieren van een octopus worden gemeten.
Elektroden geschikt voor een octopus
Het ontwerpen van bio-elektronica kan een les in compromissen zijn. Flexibele polymeren worden vaak stijf naarmate hun elektrische eigenschappen verbeteren. Maar een team van onderzoekers onder leiding van Zhenan Bao van Stanford University heeft een elektrode ontwikkeld die zowel rekbaar als geleidend is, en zo het beste van beide werelden combineert. Het pronkstuk van de elektrode zijn de in elkaar grijpende secties – elke sectie is geoptimaliseerd om ofwel geleidend ofwel buigzaam te zijn, zodat de eigenschappen van de andere secties elkaar niet tegenwerken. Om de mogelijkheden van de elektrode aan te tonen, gebruikte Bao de elektrode om neuronen in de hersenstam van muizen te stimuleren en de elektrische activiteit van de spieren van een octopus te meten. Ze presenteerde de resultaten van beide tests tijdens de najaarsbijeenkomst van de American Chemical Society in 2022.
KOGELWEREND HOUT
Bron: ACS Nano
Dit houten pantser kan kogels afweren met minimale schade.
Dit jaar ontwikkelde een onderzoeksteam onder leiding van Huiqiao Li van de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie een houten pantser dat sterk genoeg is om een kogel uit een 9 mm revolver af te weren (ACS Nano 2022, DOI: 10.1021/acsnano.1c10725). De sterkte van het hout is te danken aan de afwisselende lagen lignocellulose en een verknoopt siloxaanpolymeer. De lignocellulose is bestand tegen breuken dankzij de secundaire waterstofbruggen, die zich na breuk opnieuw kunnen vormen. Het buigzame polymeer wordt daarentegen steviger bij een impact. Voor de ontwikkeling van het materiaal liet Li zich inspireren door de pirarucu, een Zuid-Amerikaanse vis met een huid die sterk genoeg is om de vlijmscherpe tanden van een piranha te weerstaan. Omdat het houten pantser lichter is dan andere slagvaste materialen, zoals staal, denken de onderzoekers dat het hout toepassingen kan hebben in de militaire en luchtvaartsector.
Geplaatst op: 19 december 2022