Не все
вещества можно (да и нужно) видеть невооруженным глазом, но иногда это
просто необходимо. Диабетики проверяют уровень глюкозы, врачи
обнаруживают в выдыхаемом воздухе аммиак, указывающий на заболевание, а
исследователи состояния окружающей среды — вредные газы или пестициды.
Созданием точных сенсоров для обнаружения различных веществ занимаются ученые Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН совместно с зарубежными коллегами.
Для обнаружения различных веществ — как вредных, так и полезных —
существуют специальные датчики. Несмотря на это перед учеными
по-прежнему стоит проблема поиска более эффективных материалов для
создания сенсоров, а также уменьшения времени и расширения пределов
обнаружения необходимых соединений.
«Мы уже давно проводим подобные работы с фталоцианинами металлов —
соединениями, зачастую использующимися в роли красителей и органических
полупроводников. Их свойства помогают нам находить газы, присутствующие в
воздухе (аммиак, сероводород) или водных растворах (пестициды), а также
глюкозу, что важно для больных диабетом», — поясняет заведующая
лабораторией спектроскопии неорганических соединений
ИНХ СО РАН
профессор РАН, доктор химических наук
Тамара Валерьевна Басова.
Так, работая с глюкозой, ученые решили попробовать поднять предел
обнаружения. Для этого они получили наночастицы диоксида кремния,
имеющего пористую поверхность. Благодаря этому на ней в большем
количестве мог закрепиться иммобилизированный фермент глюкозооксидазы,
обеспечивающей специфичность к глюкозе (окисляющей только ее).
Электроны, образующиеся в результате этой окислительно-восстановительной
реакции, поступают на электрод при участии фталоцианина — медиатора
(переносчика) электронов, способного обеспечить их передачу к
поверхности.
Сверху наночастицы покрывались оболочкой из проводящего полимера, чтобы
обеспечить поверхности проводящие свойства. Процесс передачи электронов
отслеживался по электрическому сигналу, который зависит от концентрации
глюкозы в пробе. Изготовленный биосенсор показал высокую
чувствительность и селективность.
«В перспективе этот активный слой должен наноситься на электрод: в
имеющихся сенсорах они съемные, поэтому внедрить новый электрод не будет
проблемой», — добавляет Тамара Басова.
Для исследования газовых сенсоров ученые тоже используют фталоцианин:
пленки этого соединения способны изменять проводимость при встрече с
определяемым веществом. Когда тонкая пленка наносится на электроды,
специалисты измеряют ее проводимость до и после помещения в атмосферу и
по изменению сопротивления определяют сенсорный отклик: он увеличивается
в зависимости от концентрации вещества. Точно так же исследователи
разыскивают пестициды: по изменению показателя преломления пленки при
погружении в водную среду можно делать выводы об их наличии.
Исследовательская группа,
помимо ученых
ИНХ СО РАН, включает в себя специалистов из университета
Шеффилд
Халлам (
Великоритания) и Технологического университет
Гебзе
(Турция). Сотрудничество с этими организациями началось еще в 2000
году.
«В планах продолжать эти исследования, чтобы обнаруживать вещества даже
при малых концентрациях, — заключает Тамара Басова. — Раньше нам
хотелось достичь определения в 1 ppm (одну долю на миллион), а теперь —
до 1\10 ppm. Это можно применить при неинвазивной диагностике: так,
превышение содержания аммиака в выдыхаемом воздухе сигнализирует о
наличии почечных патологий. Еще мы собираемся изучать другие газы в
выдыхаемом воздухе, например сероводород, — он также является одним из
сигналов наличия патологий некоторых органов пищеварения».
Алёна Литвиненко