Природа наделила некоторых животных возможностью чувствовать даже самые тонкие запахи. Но живые существа, например, от воздействия опасных газов могут просто погибнуть. Возможно, скоро отвечать за нашу безопасность будет электронный «нос».
Увидеть разработку смогли участники XI Всероссийского съезда советов молодых учёных и студенческих научных обществ благодаря пресс-туру по объектам национального проекта «Наука и университеты».
От трубы до океанического дна
Съезд – одно из важных мероприятий Десятилетия науки и технологий в России (2021-2031 годы). Его цель – вовлечь сообщества молодых учёных в решение важнейших задач развития страны. Одну из таких задач как раз решают нижегородские химики и их электронный «нос».
Сенсоры на основе оксидов цинка, меди, теллура и висмута печатают на термической и плазменной установках в плазмохимический лаборатории на химфаке ННГУ им. Н. И. Лобачевского. Такие сенсоры и есть основа «электронного носа».
Неорганические материалы, нанесённые на сенсоры, в отличие от человеческих рецепторов обоняния могут полноценно работать не только при комнатной температуре, но и при повышенных и пониженных температурах, в условиях сильных техногенных и других загрязнений.
Разработка мегачувствительна даже к малым концентрациям веществ. Таким образом, она способна учуять малейшую опасность – техногенную, химическую, биологическую. Сунуть электронный «нос» можно в труднодоступные и небезопасные для человека пространства – от трубы до океанического дна. Он будет в режиме реального времени дистанционно мониторить обстановку.
Не надо забывать ещё и то, что человек не все опасные газы может чувствовать. Так, опасный запах газа в доме дают не чистые углеводороды, а их производное – меркаптан, как раз имеющее неприятный специфический оттенок. Меркаптан специально добавляют в бытовой газ, чтобы утечка ресурса была ощутима уже при малых его концентрациях в воздухе.
«Электронный «нос» – это, по сути, система сенсорных датчиков. Каждый из них способен чувствовать тот или иной газ. В первую очередь, мы создаём датчики, способные чувствовать аммиак, угарный газ и так далее, – объясняет доктор химических наук, профессор Александр Князев. – Молекула газа прилипает к поверхности неорганического соединения на сенсоре, меняя электрофизические свойства, и это фиксирует прибор».
Какие химические соединения могли бы быть сенсорами на те или иные газы, помогает рассчитать университетский суперкомпьютер по имени «Лобачевский».
Остаться с «носом»
Именно новые чувствительные сенсоры позволят электронному «носу» работать дольше с меньшим энергопотреблением. Это нижегородское ноу-хау.
Ещё одна задача учёных – создать портативное электронное устройство, которое будет доступно всем желающим. Например, такой мини-«нос» можно повесить у себя дома.
Многие нижегородцы помнят, как в июле 2020 года город напугал резкий запах газа, распространившийся почти по всем районам. Люди не могли понять, насколько опасна ситуация и что делать. Официально источник запаха не найден до сих пор.
«Можно было бы через каждые 200-400 метров установить такой прибор на трубопровод и, когда он сработает, понять, где концентрация опасных газов максимальна, – продолжает Александр Князев. – Или другой случай: пытается человек провезти в транспорте запрещённые вещества. Ставим электронный «нос» на рамку на входе – и преступление раскрыто!»
Такая разработка будет полезна и в пищевой промышленности при контроле качества продуктов питания, и в парфюмерной отрасли, где контрафакта идёт на прилавки немало. Пришли вы в магазин со своим «носом» и определили, настоящие духи или нет.
«Я бы обязательно поставил электронный «нос» в бане или около газовых приборов», – говорит Александр Князев.
Учёные надеются, что уже в скором времени мы сможем сунуть электронный «нос» в карман. Предположительно разработка портативного устройства, способного реагировать на ключевые опасные газы, займёт несколько месяцев.
Кстати
- Над созданием электронного «носа» трудятся, в основном, молодые учёные. Лаборант-исследователь Игорь Прохоров говорит, что в науку его привлекла возможность работать на новом современном оборудовании и решать важнейшие прикладные задачи.
- «Мы пришли и начали, образно говоря, делать будущее своими руками. Работать на установках и получать конкретные результаты, – говорит Игорь Прохоров. – Важно, что мы приходим в науку, еще будучи студентами. Если бы мы уже закончили учиться, не факт, что заинтересовались бы исследованиями. Сейчас мы с коллегами мечтаем о серийном производстве нашего электронного «носа»...