Электронный нос найдет испорченные продукты и спасет от химоружия

Новый искусственный нос выявит ультрамалые концентрации опасных газов.

Новый искусственный нос выявит ультрамалые концентрации опасных газов.
Иллюстрация Joris Snaet.

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.