Ученые МГУ им. М.В. Ломоносова повысили чувствительность и селективность газовых сенсоров, регистрирующих определенные биомаркеры в выдыхаемом воздухе. Используя материалы на основе диоксида олова, сотрудники лаборатории химии и физики полупроводниковых и сенсорных материалов химического факультета увеличили восприимчивость детекторов к короткоцепочечным жирным кислотам, которые характеризуют состав и состояние микробиоты кишечника.
Фото: Юлия Чернова / пресс-служба химического факультета МГУ
Полупроводниковые газовые сенсоры на основе оксидов металлов работают на принципе взаимодействия молекул газов с поверхностью полупроводника: процессы изменяют проводимость, что преобразуется в сенсорный сигнал. Наиболее часто для таких сенсоров используют диоксид олова. Ученые увеличили чувствительность к кислотам и понизили минимальную определяемую концентрацию, синтезировав материалы на основе диоксида олова и модифицирующей добавки ― лантана.
«Диоксид олова реагирует на очень большое количество газов, и выделить вклад какой-то конкретной молекулы в изменение этого сигнала ― достаточно трудная задача. В нашей работе мы пытались изменить этот неселективный полупроводник так, чтобы он преимущественно реагировал с определенными типами молекул. В данном случае мы решили задачу по повышению чувствительности к газам, которые имеют кислотную природу, и при этом понизили чувствительность к аммиаку», ― рассказала в комментарии порталу «Научная Россия» руководитель работы, профессор кафедры неорганической химии химического факультета МГУ Марина Румянцева.
Аналогичным образом, используя в качестве модификаторов элементы, обеспечивающие большую кислотность, можно понизить чувствительность сенсора к кислотным газам и повысить ― к газам с выраженными основными свойствами, например, аммиаку.
Короткоцепочечные жирные кислоты ― это биомаркеры, показывающие общее состояние микробиоты кишечника. Регистрируя их наличие и концентрацию в выдыхаемом воздухе, можно оценить, например, верно ли подобрана диета или как протекает определенная терапия. Ученые продолжат работать с новыми материалами и планируют проводить испытания в условиях, больше приближенных к реальным.
«В прошлом исследовании в качестве фонового газа мы использовали чистый воздух с высокой влажностью. Но наша работа преимущественно направлена на анализ выдоха, а выдох человека ― это газовая смесь сложного состава. В нем меньше кислорода, содержится около 5% углекислого газа и большое число других газов, которые тоже являются продуктами метаболизма в организме. Все это влияет на отклик сенсора. Мы меняем фоновый газ на смесь, которая в большей степени имитирует выдох человека», ― рассказала Марина Румянцева.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ