Ученые создали новый материал для датчика оксида азота в выдыхаемом воздухе
Материал для специальных сенсоров, определяющих наличие оксида азота в выдыхаемом воздухе, разработали специалисты Института неорганической химии (ИНХ) им. А. В. Николаева СО РАН, 4 августа сообщает издание СО РАН «Наука в Сибири».
Такие сенсоры предназначены для диагностики заболеваний, о которых свидетельствует изменение концентрации оксида азота (NO) в выдыхаемом пациентом воздухе.
Поскольку оксид азота играет в организме человека важнейшую роль биорегулятора, даже незначительное изменение его концентрации в газовой фазе выдыхаемого человеком воздуха может означать наличие проблем со здоровьем. Так, снижение уровня NO в организме происходит при гипертонии, атеросклерозе и повышенной восприимчивости к инфекциям.
Повышенный уровень оксида азота возникает при таких заболеваниях, как воспаление дыхательных путей или кишечника, а также при раке.
Результаты исследования предложенного материала для сенсоров были представлены в статье «Ультрадисперсные наночастицы Ir-IrO₂ для декорирования пленок фталоцианина кобальта в качестве активного компонента для высокочувствительного определения оксида азота» (Ultrafine Ir-IrO₂ nanoparticles for decoration of cobalt phthalocyanine films as an active component for highly sensitive detection of nitric oxide), опубликованной в журнале Materials Science and Engineering: B.
Научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Дарья Клямер пояснила:
«На сегодняшний день стремительно развивается такая область, как диагностика заболеваний по составу выдыхаемого воздуха. Повышенное содержание оксида азота может свидетельствовать о серьезном заболевании дыхательных путей, например о хронической обструктивной болезни легких».
За основу разработки были взяты сенсоры на пленке кобальтового фталоцианина (CoPc), проводящего материала, позволяющего определять низкие концентрации оксида азота.
Для увеличения чувствительности сенсора исследователи декорировали эти пленки наночастицами иридия (Ir) и оксида иридия (IrO₂), поскольку данные вещества обладают высокой каталитической активностью, а также при нанесении увеличивают площадь поверхности сенсорных устройств. При этом увеличивается место для взаимодействия сенсора с газами и веществами, которые должен он обнаружить.
Для исследования декорированную наночастицами пленку CoPc нанесли на подложки со встречно-штыревыми электродами и поместили в специальную ячейку. В нее подали газовую смесь, близкую по химическому составу с выдыхаемым человеком воздухом.
После чего стали добавлять оксид азота в различной концентрации в диапазоне от 10 до 100 ppb (parts per billion — количество частей вещества на миллиард частей смеси). При этом изменялась проводимость чувствительного слоя сенсора, которая фиксировалась специальным электрометром.
В ходе экспериментов исследователи установили, что сенсоры с использованными учеными материалами выявляют в газовой смеси концентрации оксид азота от 10 ppb — то есть даже тогда, когда на каждый миллиард молекул других газов приходится лишь 10 молекул оксида азота.
Максимальная чувствительность такого сенсора, как установили ученые, достигается в случае, когда наночастицы иридия имеют одинаковый размер и равномерно распределены по поверхности пленки фталоцианина кобальта.
Ученые ИНХ СО РАН намерены продолжить исследования уже с образцами реального выдыхаемого воздуха, что поможет им в создании измерительного прибора, который будет применяться в медицинской практике.