Наноструктуры позволяют обнаруживать токсичные катионы металлов
 Фотография разработанного датчика загрязнения жидкостей. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Предложенное учеными из Swiss Federal Institute of Technology (EPFL, Швейцария), Northwestern University и University of Michigan (США) устройство состоит из предметного стекла микроскопа, на поверхности которого размещены металлические электроды. Пространство между электродами заполнено пленкой из золотых наночастиц со специальным покрытием.
Измерения с помощью описанного устройства начинаются с того, что замеряется проводимость пленки, содержащей золотые наночастицы. После этого устройство на определенное время погружается в исследуемую воду, затем оно высушивается, и измерения проводимости повторяются вновь. Если вода содержит токсичные ионы, такие как тяжелые металлы, проводимость пленки увеличится.
Работоспособность устройства основана на способности золотых наночастиц «перехватывать» ионы тяжелых металлов, благодаря нанесенному на них специальному органическому покрытию из n-гексантиола и алкатиолов с этиленгликолем. В предложенной учеными конструкции устройства наночастицы имеют «полосатую» структуру лиганда, что позволяет им захватывать в ловушку определенные положительно заряженные ионы. Изменяя структуру покрытия, исследователи имеют возможность «настраивать» детектор для различных типов загрязнения (различных ионов).
Измерения исследовательской группы показали, что разработанное ими устройство особенно чувствительно к метилртути – самому распространенному типу загрязнения окружающей среды ртутью (этот тип загрязнения накапливается в рыбе, например, в тунце). Созданный датчик может обнаружить даже очень низкую концентрацию токсина - порядка 600 ионов метилртути на кубический сантиметр воды.
Техника была проверена в процессе измерения уровня метилртути в озере Мичиган. Полученные результаты в точности совпали с данными, получаемыми US FDA обычными методиками исследования. Еще одна группа тестов была выполнена на рыбе гамбузии совместно с Геологической службой США. Измерения проводились на тканях рыбы, растворенных в кислоте, что позволило обнаружить даже очень малые дозы загрязнения (методика применялась, поскольку известно, что данная рыба находится слишком низко в пищевой цепочке, чтобы накопить много токсинов).
Среди преимуществ предложенного датчика – скорость его работы, а также малые размеры и вес самого устройства. Конструкция, как считают ученые, может обеспечить человечество дешевым и быстрым способом оценки уровня токсинов в питьевой воде или рыбе, без необходимости отправки проб в лаборатории и ожидания результатов.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nature Materials. В ближайшем будущем группа планирует продолжить работу над своим устройством, дабы лучше понять, как зависит селективность датчика от ширины полосы лиганда. Еще один вопрос, стоящий на повестке дня, - влияет ли ширина полосы лиганда на чувствительность датчика. Естественно, после изучения этих вопросов команда планирует построить некую суперпозицию датчиков, «настроенных» на разные ионы, чтобы иметь возможность анализировать содержание различных токсинов за один раз.
Также по теме:
- Молекулы ДНК в комплексе с нанотрубками дают жизнь новым датчикам
- Наномембраны из кремния могут обеспечить восстановление утраченной чувствительности пальцев и множество интересных дополнительных функций
- Датчики массы, построенные на базе нанотрубок, бьют новые рекорды
- Бабочки помогают увидеть тепловое излучение
- Упругие углеродные нанотрубки позволяют делать датчики, похожие на кожу
Источники: