Ученые консорциума Центра компетенций НТИ «Фотоника» из Алферовского университета совместно с коллегами из МФТИ создали мультисенсор на основе нанонитей кремния. Разработка за одну минуту детектирует аммиак, соляную кислоту, ацетон и изопропиловый спирт в парах воды для медицинских и экологических применений.
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Nanomaterials. «Чувствительным элементом мультисенсора выступают нанонити кремния, с диаметром порядка 100 нанометров и длиной 10 микрометров. Это нити толщиной в одну четвертую человеческого волоса. Благодаря таким размерам нитей нам удалось получить сенсор, способный детектировать разные виды химикатов в воде. Прибор можно как окунать в анализируемую пробу, так и располагать над пробой, для его работы достаточно мультиметра и 60 секунд вашего времени», – заявил Алексей Большаков, заведующий лабораторией Функциональных наноматериалов, Центр фотоники и двумерных материалов, МФТИ.
Ученые предложили новые подходы к спектроскопии полного электрического сопротивления (импеданса) сенсоров на основе нанообъектов, что обеспечило селективность к нескольким химическим веществам. Размер сенсора – не больше пуговицы на рубашке. Цена опытного образца лимитируется наличием небольшого количества золота, которое можно заменить на более дешевый металл, например, серебро или алюминий, без существенной потери свойств. Ученые также отмечают, что сенсор можно использовать и для анализа состояния спортсменов.
«Такой сенсор можно защитить фильтром и установить в канализационный слив, чтобы оценить уровень токсичных выбросов предприятия. Кроме того, можно взять мазок пота спортсмена, растворить пробу в воде и проанализировать уровень аммиака в нем. Зная индивидуальную норму такого биологического маркера для конкретного спортсмена, становится возможным контроль его физической формы, метаболизма и так далее», – объяснил Валерий Кондратьев, младший научный сотрудник лаборатории Функциональных наноматериалов, Центр фотоники и двумерных материалов, МФТИ.
Разработка российских ученых продемонстрирована на на всемирном конгрессе Biosensors 2023, (Пусан, Корея), посвященном биосенсорам со всего мира. «Существенный вклад в работу принадлежит лаборатории Возобновляемых источников энергии Алферовского университета (заведующий лабораторией Мухин И. С., ведущий научный сотрудник Гудовских А.С.), в которой и были синтезированы нанонити кремния, а также лаборатории Оптики гетерогенных структур и оптических материалов (заведующий лабораторией Липовский А.А.), на базе которой мы получили основные экспериментальные данные о свойствах нанонитей», – уточнил Валерий Кондратьев.
«Тандем Москва-Санкт-Петербург успешно зарекомендовал себя и в других работах нашей группы, например, в области фотоники. Нашей целью является развитие науки с вектором на улучшение качества жизни людей, сенсорика – делает это прямо сейчас, фотоника – задел на будущее, в котором информация передается и кодируется светом, со скоростью света», – заключил Алексей Большаков.