Кетоацидоз представляет собой опасное расстройство метаболизма, характеризующееся резким увеличением концентрации кетоновых тел (ацетона, ацетоуксусной и бета-гидроксимасляной кислот) в крови. Главным фактором, вызывающим это состояние, является недостаток инсулина, поэтому оно наиболее распространено у людей, страдающих диабетом 1 типа, хотя может возникнуть и у пациентов с диабетом 2 типа. Повышенное содержание кетонов приводит к дисфункции жизненно важных органов, что способно вызвать серьезные осложнения, вплоть до диабетической комы и летального исхода. В связи с этим своевременная диагностика этого заболевания крайне важна для исключения тяжелых последствий.
Диагностика кетоацидоза сегодня основана на использовании тест-полосок для определения кетонов и лабораторных анализов. При этом первый метод не всегда способен выявить кетоацидоз на начальных этапах, а второй может оказаться довольно затратным. В связи с этим требуется создание более доступных и результативных способов ранней диагностики этого состояния. В качестве одного из возможных решений рассматривается использование газовых сенсоров для определения ацетона в выдыхаемом воздухе, поскольку характерный запах этого газа изо рта является одним из признаков кетоацидоза.
«В сотрудничестве с Кабардино-Балкарским государственным университетом имени Х.М. Бербекова нам удалось получить, не прибегая к сложным методам синтеза покрытие, представляющее собой стержневую структуру оксида цинка с оболочкой оксида цинка-олова. Исследования показали, что выращенная на подложке структура очень чувствительна даже к низким концентрациям ацетона. Это перспективно для создания газовых сенсоров, выявляющих содержание данного вещества в выдыхаемом воздухе, что характерно при симптомах такого опасного состояния как кетоацидоз» , – поделилась доцент кафедры микро- и наноэлектроники (МНЭ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Светлана Сергеевна Налимова.
Наностержни оксида цинка (ZnO) были синтезированы гидротермальным методом – способом получения химических соединений и материалов в водной среде при повышенной температуре и давлении, используя подложку с электрическими контактами. После этого, тем же методом, на поверхность наностержней ZnO были сформированы однородные покрытия из оксида цинка-олова (Zn2SnO4). Для кристаллизации слоя оболочки все образцы подвергались отжигу при высокой температуре.
Научная группа, действующая при кафедре МНЭ СПбГЭТУ «ЛЭТИ» и возглавляемая докторантом Светланой Сергеевной Налимовой (научный консультант докторантуры – доктор физико-математических наук и профессор Вячеслав Алексеевич Мошников), включающая трех аспирантов Конг Доан Буй, Романа Сергеевича Крюкова и Павла Филипповича Самсыгина, а также двух магистрантов Арину Алексеевну Рыбину и Сергея Сергеевича Бузовкина, команда ученых исследовала взаимодействие наностержней с различными газами, включая ацетон. Для проведения исследования применялось специализированное оборудование, предназначенное для измерения сопротивления и анализа электрических характеристик. Полученные данные свидетельствуют о высокой чувствительности образца к ацетону даже при низких концентрациях.
С использованием дополнительных методов исследования, таких как электронная микроскопия и рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, исследователи из КБГУ им. Х. М. Бербекова во главе с директором Института электроники, робототехники и искусственного интеллекта Замира Валериевича Шомахова выяснили, что полученная структура ZnO/Zn2SnO4 повторяет форму и пространственную организацию неупорядоченно-ориентированных наностержней оксида цинка. При этом на их поверхности формируется оболочка многокомпонентного оксидного соединения, сочетающая оптимальное соотношение активных центров (мест на поверхности, на которые могут «садиться» молекулы ацетона, а также атомы, которые могут вступать в химическую реакцию с молекулами этого газа) для селективного взаимодействия с парами ацетона.
Исследование и его выводы были опубликованы в научном журнале Исследование кластеров, наноструктур и наноматериалов с точки зрения их физико-химических свойств .
Информация предоставлена СПбГЭТУ «ЛЭТИ»