Разработаны датчики для обнаружения маркеров болезни в выдыхаемом воздухе

Небольшой, тонкий квадрат органического пластика, который может выявлять маркеры болезни в выдыхаемом воздухе или токсины в воздухе здания, вскоре может стать основой портативных одноразовых сенсорных устройств. Продемонстрировано устройство, которое контролирует появление аммиака в выдыхаемом воздухе, что является признаком почечной недостаточности.

Различные группы ученых пытались использовать органические полупроводники для обнаружения газа, но материалы были недостаточно чувствительны, чтобы обнаружить следовые уровни маркеров болезни во время дыхания. Одна из групп поняла, что реактивные участки находятся не на поверхности пластиковой пленки, а внутри нее.


Биоинженеры из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне (University of Illinois Urbana-Champaign) сфокусировали свое внимание на аммиаке как потенциальном маркере почечной недостаточности. Мониторинг изменений концентрации аммиака может заранее дать предупреждающий сигнал пациенту о том, что следует обратиться к своему врачу для проверки функции почек. Выбранный материал обладает высокой чувствительностью к аммиаку, но не к другим соединениям, находящимся в выдыхаемом воздухе. Однако меняя компоновку датчика, можно создавать устройства, которые будут настроены на другие соединения. К примеру, ученые создали сверхчувствительный экологический монитор формальдегида – распространенного внутреннего загрязнителя в новых или отремонтированных зданиях.

Путем создания регулируемых нанопор (50-700 нм) в органических полупроводниковых тонких пленках на порядок усиливается их химическая реакционность к летучим органическим соединениями, а отношение площади поверхности к объему практически не изменяется. Механические исследования показывают, что нанопоры обеспечивают прямой доступ к высокореактивным участкам, которые в иных случаях углублены в проводящем канале транзистора. Высокая реакционная способность нанопористых органических полевых транзисторов приводит к беспрецедентно сверхчувствительному, сверхбыстрому селективному обнаружению химическим датчиком уровня ниже 1 ppb в масштабе сотен миллисекунд, что может оказаться полезным в широком спектре применений в сфере здравоохранения.

Ин Дяо (Ying Diao), доктор философии, ассистент-профессор и ведущий исследователь, говорит: “Мы хотели бы выявлять сразу несколько соединений по характерным химическим признакам. Это удобно, потому что в болезненных состояниях множественные маркеры обычно сразу меняют концентрацию. Путем сопоставления химических меток и того, как они меняются, мы можем более точно указать на признаки потенциальных проблем со здоровьем”. Исследование было опубликовано 2 мая 2017 года в журнале Advanced Functional Materials.