X

Laadi alla uus Eesti Raadio äpp, kust leiad kõik ERRi raadiojaamad, suure muusikavaliku ja podcastid.

Сверхчувствительный детектор свинца может облегчить контроль качества воды

Экспериментальный прибор обнаруживает ионы свинца в капле воды.
Экспериментальный прибор обнаруживает ионы свинца в капле воды. Автор: Bandaru Lab/UC San Diego

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали сверхчувствительный датчик на основе графена, способный обнаруживать необычайно низкие концентрации ионов свинца в воде.

"Концентрация свинца в питьевой воде на уровне частей на миллиард может привести к таким пагубным последствиям, как замедление роста и развития человека, – говорит Прабхакар Бандару, профессор кафедры механической и аэрокосмической инженерии в Школе инженеров Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего. – Благодаря чрезвычайно высокой чувствительности нашего устройства мы надеемся в конечном итоге обнаружить даже присутствие одного иона свинца в разумном объеме воды".

Устройство, о котором идет речь в исследовании, состоит из одного слоя графена, закрепленного на кремниевой пластине. Графен, обладающий хорошей проводимостью и удобным соотношением поверхности к объему, представляет собой идеальную платформу для сенсорных приложений. Исследователи расширили сенсорные возможности графенового слоя, прикрепив к его поверхности молекулу линкера, который служит якорем для ионного рецептора и, в конечном счете, для ионов свинца.

Одной из ключевых особенностей этой работы было создание высокоспецифичного сенсора для обнаружения ионов свинца. В качестве такого рецептора исследователи использовали аптамер, представляющий собой короткую одиночную нить ДНК или РНК. Эти рецепторные молекулы известны своей селективностью по отношению к определенным ионам. Исследователи дополнительно повысили восприимчивость рецептора к ионам свинца, изменив последовательность его ДНК или РНК. Это обеспечило срабатывание датчика только при связывании с ионами свинца.

Достижение фемтомолярного предела обнаружения стало возможным благодаря детальному изучению молекулярных событий, происходящих на поверхности графенового сенсора. Исследователи использовали комбинацию экспериментальных и теоретических методов для отслеживания поэтапного прилипания линкера к поверхности графена, затем связывания рецептора с линкером и, наконец, прикрепления ионов свинца к рецептору.

Ученые проанализировали термодинамические параметры системы, такие как энергия связывания, изменение емкости и конформации молекул, и обнаружили, что они играют важную роль в работе сенсора. Оптимизировав каждый из этих термодинамических параметров, а также дизайн всей системы, от электроники и материалов до ионного рецептора, исследователи создали датчик, способный обнаруживать ионы свинца с беспрецедентной чувствительностью и специфичностью.

Помимо превосходной чувствительности, новый датчик наделен и другими преимуществами по сравнению с существующими методами. Традиционные способы обнаружения свинца часто используют дорогостоящие приборы, что ограничивает их доступность для широкого применения. В то же время домашние наборы, хотя и более доступны, обычно ненадежны и имеют относительно низкий предел обнаружения, как правило, в микромолярном диапазоне.

"Разработанная нами технология направлена на преодоление проблем стоимости и надежности, – говорит Бандару. – Наша цель – со временем внедрить ее в домах, учитывая относительную простоту изготовления".

Хотя в настоящее время технология находится на стадии доказательства концепции, Бандару надеется вскоре применить ее в реальных условиях. Следующие шаги включают масштабирование производства для коммерческого использования, что потребует сотрудничества с промышленными партнерами.

Подробнее о работе можно прочитать в журнале Nano Letters.

Редактор: Софья Люттер

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: