Ученые Института органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (ИОС УрО РАН) и Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) синтезировали серию новых флуорофоров и протестировали их на приборе для обнаружения взрывчатых веществ. Статью о проделанной работе исследователи опубликовали в международном научном журнале «Dyes and Pigments» («Красители и пигменты»).
«Флуорофоры — это, как правило, порошки разных цветов, которые при воздействии на них ультрафиолетом начинают светиться, — объясняет старший научный сотрудник лаборатории гетероциклических соединений ИОС УрО РАН Егор Вербицкий. — Взаимодействуя с другими объектами, вещества меняют либо окраску, либо интенсивность свечения».
Таким образом, флуорофоры могут служить индикаторами присутствия раковых клеток в организме, загрязнений опасными экотоксикантами почв и грунтовых вод. Группа ученых под руководством академика Валерия Чарушина использует флуорофоры в устройстве обнаружения взрывчатых веществ (ВВ).
Прибор, работающий по принципу пылесоса, прокачивая поток воздуха через сенсорный элемент — кусок нетканого целлюлозного материала, обработанный раствором флуорофора, разработали доцент кафедры экспериментальной физики УрФУ, кандидат физико-математических наук Константин Хохлов и кандидат технических наук Анна Баранова.
«Затухание» свечения сенсора при облучении указывает на наличие паров взрывчатого нитросодержащего вещества, например, тринитротолуола и его производных. По скорости затухания можно косвенно судить о концентрации ВВ. Сенсоры, созданные в Екатеринбурге, обладают свойством практически полностью восстанавливаться за несколько часов, и поэтому могут применяться многократно.
«От момента включения прибора и до его готовности к работе проходит несколько секунд, — отмечает Константин Хохлов. — Наш прибор отличают простота эксплуатации, небольшие габариты и вес, невысокая цена. Кроме того, поскольку наш прибор не измерительный, а детектирующий, он не требует метрологической сертификации».
Ученые подчеркивают, что прибор способен справиться с нетривиальными задачами.
«Даже если вымыть руки тщательно и с мылом, прибор распознает на них следы взрывчатых веществ. Или представьте себе полигон, на котором разорвалась масса снарядов, а один-два не разорвались. Прибор «увидит» их даже в таких загрязненных условиях», — добавляет Анна Баранова.
Система успешно прошла испытания во время подготовки к проведению в Екатеринбурге матчей чемпионата мира по футболу — 2018 и оказалась востребована военными, транспортной полицией, аэропортами, приборостроительными компаниями.
«Сейчас мы продолжаем синтез новых флуорофоров, добиваться того, чтобы сенсоры были долговечнее и чувствительнее к как можно более широкому диапазону взрывчатых веществ, чтобы технология была еще дешевле, а прибор — практичнее и надежнее, чтобы он бесперебойно работал не только в комнатных условиях, но и на морозе, в снег и в дождь», — говорит Баранова.
Исследования екатеринбургских ученых ведутся благодаря грантам Российского фонда фундаментальных исследований и Российского научного фонда.
УрФУ — участник Проекта 5-100, ключевым результатом которого должно стать появление в России к 2020-му году современных университетов-лидеров с эффективной структурой управления и международной академической репутацией, способных задавать тенденции развития мирового высшего образования.