​​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

Источники

Точные сенсоры создают ученые ИНХ СО РАН
Infopro54.ru, 17/07/2018
Внимание, розыск!
Наука в Сибири (sbras.info), 17/07/2018
Внимание, розыск!
Академгородок (academcity.org), 19/07/2018

Похожие новости

  • 03/09/2018

    Ученые рассчитали параметры устойчивости гибридных фотоэлектрических наноматериалов

    ​​Сибирские ученые совместно с иностранными коллегами рассчитали, какие параметры влияют на силу взаимодействия углеродных нанотрубок с фталоцианинами – сложными азотсодержащими соединениями. Гибридные конструкции на их основе можно использовать в качестве новых материалов для создания солнечных батарей, сенсоров и оптических приборов.
    259
  • 02/02/2016

    Новосибирские ученые с помощью лазеров создадут конденсаторы большой емкости для ОПК

    Новосибирский Институт лазерной физики (ИФЛ) и Институт неорганической химии (ИНХ) СО РАН, используя ранее разработанную технологию, создадут конденсаторы высокой емкости для применения в оборонно-промышленном комплексе.
    1279
  • 27/09/2018

    Гуминовые вещества: природный фильтр для токсикантов

    ​Гуминовые вещества — органические соединения, которые играют важную роль в формировании биосферы Земли и содержатся в торфе, углях и неживой материи почв и водоемов. Сибирские химики разработали уникальную твердофазную технологию извлечения этих веществ из бурого угля, а также определили, что сорбент на основе этого полезного ископаемого может эффективно бороться с различными загрязнителями экосистем — в том числе с тяжелыми металлами и нефтепродуктами.
    213
  • 15/10/2018

    В Journal of the American Chemical Society опубликована статья с участием сотрудников ИНХ СО РАН

    Сотрудники Института неорганической химии имени А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук (ИНХ СО РАН) Павел  Абрамов и Максим Соколов приняли участие в подготовке статьи о включение полиоксометаллатов в циклодекстрины и о новых возможностях их применения в биологии и медицине.
    202
  • 24/03/2018

    Ученые ИНХ СО РАН поймали в ловушку молекулярный бром

    ​Российские ученые проанализировали условия синтеза комплексных соединений металлов, содержащих полигалогенидные фрагменты, и описали три новых соединения этого класса. Собрав данные о протекании реакций в различных условиях, химики рассчитывают сделать синтез полигалогенидных комплексов более предсказуемым.
    497
  • 27/02/2018

    Новосибирские ученые помогут удешевить производство автомобилей

    ​Над чем именно сегодня вместе работают сотрудники Институтов неорганической химии и катализа и как это поможет развитию российской автопромышленности? Как пыль - платиноиды. Дороже золота в десятки раз.
    448
  • 16/01/2017

    Новосибирские химики нашли замену платине в топливных элементах

    ​Химики из Новосибирского государственного университета и Института неорганической химии СО РАН разработали твёрдый раствор кобальта и иридия — новое соединение, которое может служить катализатором в различных топливных элементах.
    1155
  • 16/03/2017

    Новосибирские ученые заменят платину в аккумуляторных батареях

    Учеными всего мира ведется активный поиск дешевых материалов и составов, которые по своим каталитическим свойствам могли бы заменять традиционно использующиеся в топливных элементах платиновые металлы.
    1118
  • 26/09/2016

    Сибирские ученые разрабатывают новый препарат от рака на основе молибденовых кластеров

    ​Учёные из Института неорганической химии СО РАН, лаборатории полиядерных координационных соединений Новосибирского государственного университета и ряда научно-исследовательских институтов СО РАН и СО РАМН впервые доказали эффективность применения кластеров молибдена в фотодинамической терапии раковых заболеваний.
    1864
  • 26/10/2016

    Сибирские и китайские учёные обнаружили сильную фотолюминесценцию в «дефектном» графене

    ​Специалисты из Новосибирского государственного университета, Института неорганической химии СО РАН и Пекинского университета химических технологий исследовали свойства модифицированного графита — перфорированного окисленного графена.
    2155