Ученые СПбГУ создали компактное устройство для количественного анализа — «спектрофотометр в кювете». Для этого модифицировали полимер для 3D-печати с помощью люминесцентных молекул и сделали кювету-источник света. Быстрое определение вещества в растворе возможно фонариком и камерой телефона помимо кюветы. Принцип показал эффективность при анализе модельных и реальных образцов. грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Polymer Engineering & Science.
Технология трёхмерной печати, заключающаяся в послойном нанесении материала, позволяет создавать физические объекты любой формы из цифрового файла. С помощью 3D-принтера можно печатать различные предметы: одежду, обувь, мебель и даже мосты.
Главное преимущество 3D-печати — быстрое и недорогое создание индивидуальных объектов с необходимыми свойствами. Ученые-исследователи активно применяют это в своей работе. Например, при проведении экспериментов часто требуется изготавливать детали необычной формы или из материалов, которых нет в продаже. С этой задачей справляется 3D-принтер, а также можно изменять свойства полимерных волокон для печати, оптимизируя их под конкретные научные задачи.
Возникло направление по созданию функциональных полимеров для 3D-печати. Полимерные волокна можно сделать прочнее и более герметичными или придать им новые свойства, например, способность светиться. В таком случае деталь сама становится источником излучения в заданном диапазоне, так как «подсветка» уже интегрирована в материал. Такой подход упрощает устройства для анализа химических веществ, поскольку один элемент выполняет несколько функций.
Для проверки гипотезы химики СПбГУ вместе с учеными Университета ИТМО изготовили кювету для спектрофотометра. Это популярный прибор для определения содержания химических веществ. Устройство работает просто: через образец пропускают свет и фиксируют изменение интенсивности излучения в зависимости от концентрации вещества.
В лабораторных условиях был использован полимер полиэтилентерефталатгликоль (PETG), подходящий для печати, благодаря его водостойкости, прозрачности и химической устойчивости. В него добавили люминесцентные комплексы европия. Из полученных волокон напечатали кювету, которая выполняет две функции: ее дно излучает свет нужной длины волны, а в саму кювету помещается образец для анализа. В обычном спектрофотометре эти элементы разделены. Для определения содержания вещества в смеси достаточно недорогого фонарика, напечатанной кюветы и камеры телефона. Фотографируя кювету и обрабатывая изображение в ПО ImageJ, получают цветовой RGB-профиль. Цвет пикселей связан с концентрацией исследуемого вещества, — рассказала старший научный сотрудник кафедры аналитической химии СПбГУ Екатерина Бойченко.
Профиль цветовой палитры RGB — это набор трех цветов: красный. (R), зеленого (G) и синего (B).
Учёные СПбГУ применили разработанный подход для определения концентрации кобальта в смеси с другими ионами, аскорбиновой кислотой и глюкозой.
Екатерина Бойченко отметила, что простые аналитические устройства особенно важны для получения информации в режиме реального времени. Классический анализ образцов занимает время, а современные производства и медицинские учреждения нуждаются в быстрых решениях. Компактные и недорогие устройства, дающие результаты мгновенно, очень востребованы.
В Университете технологии разработали способ количественного анализа многокомпонентных образцов, сочетая полимерные волокна со свечением на разных длинах волн. С помощью этого метода можно печатать детали с люминесцирующими участками. Микрофлюидные чипы с такими каналами могут быть полезны для диагностики вирусов, включая SARS-CoV-2. Ученые СПбГУ продолжат эксперименты и изготовят кюветы с разными комплексами в полимерных волокнах для анализа биологических образцов.
Исследование выполнено в рамках проекта «Применение спектрального анализа и машинное обучение для неинвазивного выявления и мониторинга болезней мочеполовой системы. Финансируется грантом Российского научного фонда.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com