Ученые НГТУ НЭТИ разработали газовые датчики для ранней диагностики болезней

Высокочувствительные датчики помогут диагностировать болезнь по составу выдыхаемого воздуха, что нередко делают очень опытные врачи.

Ученые механико-технологического факультета Новосибирского государственного технического университета НЭТИ создали сверхчувствительный газовый датчик на основе углеродных нанотрубок и графеноподобных материалов. Высокочувствительный сенсор, по словам доцента кафедры химии и химической технологии НГТУ НЭТИ Александра Баннова, способен обнаруживать даже крайне низкое содержание газов в воздухе. считают, что разработка может найти широкое применение в работе медперсонала и сотрудников .

Газовые сенсоры — это миниатюрные устройства, которые позволяют определять концентрацию вредных газов в воздухе. При этом до настоящего времени существующие датчики могли обнаружить лишь сравнительно большие концентрации газов. Благодаря использованию новых материалов — структур на базе углеродных нанотрубок, оксидов графена и их гибридах — газовый сенсор разработчиков НГТУ НЭТИ поможет справиться с этой проблемой.

Для сравнения: существующие аналоги промышленных газовых сенсоров не определяют ряд вредных веществ с концентрацией ниже 100—300 ppm (parts per million — одна миллионная часть). Газовые сенсоры, разработанные в НГТУ НЭТИ, распознают частицы от 1 ppm или, другими словами, от одного миллиграмма вещества на килограмм. В ближайшее время ученые планируют доработать устройство, чтобы оно определяло частицы от 0,5 ppm и ниже.

Другая особенность разработки — материалы сенсора, которые позволяют уменьшить размер устройства. В результате сокращается потребление энергии и появляется возможность поместить датчик в мобильных устройствах. Миниатюрная модель позволит устройству найти применение в медицине: сенсор позволяет обнаружить изменения в воздухе, выдыхаемом человеком, которые говорят о раннем этапе течения болезни.

«Молекулы газа, которые мы выдыхаем, садятся на поверхность и адсорбируются (поглощаются) на активном материале нашего газового сенсора. Они дают или забирают носители заряда (электроны). В зависимости от этого электрическое сопротивление активного материала сенсора начинает меняться, и это позволяет установить содержание вещества в воздухе», — говорит Александр Баннов.

Воздух, выдыхаемый человеком, содержит большое количество летучих органических веществ. В связи с тем, что одной из функций легких является газообмен, состав выдыхаемого воздуха различен в норме и при заболеваниях. По словам ученых, благодаря газовому сенсору процесс получения результатов ускорился бы в несколько раз. Вещества, которые наиболее вероятно могут быть биомаркерами при сердечно-сосудистой патологии — это оксид азота, оксид углерода, пентан, изопрен и ацетон. При онкологических заболеваниях у пациентов повышается содержание ряда летучих органических соединений: кетоны, спирты, альдегиды, изопрен. А на ранних этапах гастрита у человека выделяется повышенная концентрация аммиака.

Еще одно преимущество нового сенсора — способность оперативно реагировать на рост концентрации конкретного газа. Благодаря этому несколько датчиков смогут постоянно анализировать количество опасных газов.

Помимо медицины, газовые сенсоры могут найти применение в борьбе с техногенными катастрофами и чрезвычайными ситуациями. «Умный шлем» с газовыми сенсорами — проект ученых НГТУ НЭТИ, который может заинтересовать специалистов из . По словам представителей спасательных служб, газоанализаторы, которые сегодня используются во время опасных операций, представляют собой тяжелые и сравнительно громоздкие приборы. Мобильное и быстрое устройство с малым весом, которое можно встроить в шлем сотрудника, позволило бы исключить ряд рисков и проблем во время спасательных операций. «Умный шлем» с комплексом сенсоров для анализа газа должен будет передавать разные сигналы сотруднику . Например, «надеть противогаз», «подключить кислородный баллон» или «срочно покинуть помещение».

Кроме того, датчик можно использовать для обнаружения опасных газов на производстве и в работе экстренных служб. Примеси диоксида углерода, аммиака, диоксида азота и сероводорода часто появляются в воздухе. Обычно это происходит вследствие поломок и частичной разгерметизации оборудования, что может привести к серьезным последствиям, опасным и для здоровья людей, и для производства.

«Сейчас те газовые датчики, которые используются в промышленности, позволяют определять только большие концентрации газов. Мы предлагаем другой тип газовых сенсоров, которые основаны на новом материале, позволяющем определять газы при значительно меньшей концентрации», — сказал Баннов.

В настоящее время уже существуют физические прототипы сенсоров. В планах ученых — объединение сенсоров в систему мониторинга экологии на производстве. Внедрить новинку разработчики надеются в течение пяти-семи лет.

Читайте наш Телеграм-канал https://t.me/ieport_new

Pin It

Добавить комментарий