Первые попытки создания искусственного носа были предприняты во второй половине XX века, и с тех пор учёные разработали множество различных решений, которые позволяют улавливать и анализировать запахи. В частности с помощью подобных приборов планируется по запаху диагностировать ранние стадии опасных заболеваний. Группа бельгийских инженеров заявляет, что им удалось сделать самый чувствительный электронный нос, который в будущем можно будет легко интегрировать в портативные устройства, такие как смартфоны.
Отметим, что в 2012 году американские учёные представили прототип прибора, который с помощью углеродных нанотрубок (в 100 тысяч раз тоньше человеческого волоса) мог обнаружить токсины в концентрации одна молекула на миллиард. Но, как сообщается в пресс-релизе Лёвенского католического университета, новый гиперчувствительный газоанализатор может улавливать ещё более низкие концентрации веществ, вплоть до одной молекулы на триллион.
Для этого команда специалистов использовала материалы с особым строением и содержанием — металлоорганические каркасные структуры (MOF). Они представляют собой кластеры ионов металлов, соединённые между собой органическими молекулами в трёхмерные пористые структуры.
Отличительной особенностью такого материала является огромная площадь поверхности, которая может быть настроена для решения определённых задач. Например, в поры таких "строительных лесов" могут быть включены частицы очищенной воды, способные выхватывать из окружающего воздуха отдельные молекулы газов.
"Этот материал похож на губку, и за счёт своих крошечных пор он может поглотить достаточно много газа", – объясняет соавтор исследования Иво Стассен (Ivo Stassen).
Стассен и его коллеги создали MOF, который впитывает фосфаты, входящие в состав пестицидов и нервно-паралитических газов.
Принцип работы устройства похож на алкотестер, который используется для выявления пьяных водителей. Но оно гораздо компактнее и может анализировать сложные смеси газов, находящихся в значительно меньших концентрациях.
"Это означает, что вы можете использовать его, чтобы найти следы химического оружия, такого как зарин, или для обнаружения остатков пестицидов на продуктах питания, – объясняет Стассен. – На сегодняшний день этот материал является наиболее чувствительным датчиком газа для этих опасных веществ. В своей работе мы имеем дело с чрезвычайно низкими концентрациями, сравнимыми с каплей воды в олимпийском бассейне или одной триллионной части".
Новый материал в виде тончайшей плёнки можно легко нанести на многие поверхности. Таким образом, в скором времени смартфоны можно будет наделить функцией поиска следов пестицидов или они смогут предупреждать владельца о начале химической атаки с использованием нервно-паралитического газа.
Кроме того, разработчики планируют настроить материал таким образом, чтобы с его помощью можно было искать в дыхании человека признаки самых разных заболеваний: от рака до ранней стадии рассеянного склероза.
"Эта технология предлагает широкий диапазон практического применения, – говорит Стассен. – Мы также можем по запаху определить испорченные продукты питания или отличить поддельное вино от оригинала".
Подробные результаты исследования описаны в журнале Chemical Science.
