Ученые лаборатории физических основ энергетики Физического факультета НГУ работают над созданием сенсоров, позволяющих оценивать состав капли биологической жидкости по динамике ее испарения. В этом им помогут отработаные методики CVD синтеза графена.
К исследованиям также привлечены ученые других подразделений и научных организаций. Эксперименты проводятся в лаборатории синтеза новых материалов института теплофизики СО РАН, а моделирование — в Центре новых функциональных материалов НГУ.
Как отметил руководитель проекта, старший научный сотрудник кафедры физики неравновесных процессов Физического факультета НГУ, кандидат физико-математических наук Владимир Андрющенко, в настоящее время различные устройства стремительно «умнеют». Появляются различные роботы, беспилотники, технологии для умного дома и многое другое. Для адекватного взаимодействия с окружающим миром подобным устройствам необходимо иметь электронные органы чувств: осязание, слух, обоняние и вкус. Можно сказать, что в настоящее время первые две задачи успешно решены — электронный «глаз» и электронное «ухо» у нас уже есть», — сказал ученый.
По мнению ученого, с электронным «носом» и «языком» дела обстоят несколько сложнее. Здесь создать компактную и эффективную систему пока не удается. Область интересов коллектива ученых как раз сосредоточена в развитии сенсорных приложений для создания анализаторов состава газа и жидкости. Количество потенциальных различных приложений здесь достаточно велико. Непосредственно текущие исследования лежат в подобласти анализа состава и динамики высыхающих капель. «Уже сейчас существуют работы, в которых по анализу структуры осадков высохших капель определяют некоторые заболевания. Например, высохшие капли слюны здоровой коровы и коровы, больной бешенством, существенно отличаются. Очевидно, наличие патогенов будет влиять и на динамику испарения жидкости. Соответственно, основная идея заключается в том, чтобы создать относительно простой сенсор, позволяющий оценивать состав капли биологической жидкости по динамике ее испарения», — Владимир Андрющенко.
Учеными отработаны методики CVD синтеза графена, переноса на различные подложки, анализа структуры поверхностей. Относительно недавно ими было показано, что графен существенно меняет проводимость при контакте с водой. Более того, оказалось, что графен также чувствителен не только к присутствию жидкости, но и к наличию ее потока. Поэтому естественным предположением было наличие подобного эффекта и для испаряющихся капель.
Графен — это одноатомный слой графита. Он обладает высокими прочностными характеристиками, химической и термической стойкостью, а также высокими коэффициентами теплопроводности и электропроводности. Являясь двумерным материалом, графен автоматически обеспечивает компактность создаваемого датчика, а, учитывая его упругость, и гибкость.
Потенциально созданная технология применима к диагностике любых заболеваний, связанных со значимым изменением состава биологических жидкостей. Прежде всего это заболевания крови, рассказали разработчики. Также разработка ученых будет также полезна и для других приложений — охлаждения чипов в микроэлектронике и систем струйной печати водными растворами при формировании активных чувствительных слоев в биологических сенсорах.