Новости перспективных технологий

Нанотехнологическое устройство имитирует нос полицейской ищейки

Изображение и видео с сайта science.compulenta.ru

Исследователи под руководством профессоров Карла Майнхарта (Carl Meinhart) и Мартина Московица (Martin Moskovits) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре создали высокотехнологичный детектор, основанный на использовании микрожидкостной нанотехнологии, чтобы эмулировать биологический механизм, который стоит за работой собачьих рецепторов запахов. Устройство чувствительно даже к следовым количествам определённых молекул в воздухе, а также способно отличить специфическое соединение от похожих веществ.

Концепт устройства, призванного заменить собачий нос (иллюстрация Peter Allen / UCSB).

Стоит ли пытаться заменить собаку прибором? Вопрос не праздный. Собаку нужно воспитывать, кормить и заботиться. Срок службы собаки невелик, а затраты на обучение значительны. Кроме того, это живое, думающее существо, у которого, как и у человека, бывают плохие дни, нерабочее настроение или вообще депрессия. Собака способна устать или отвлечься. Разработанное калифорнийцами устройство обладает сравнимой с собачьим носом (или даже лучшей) чувствительностью, лишено всех недостатков живого существа и после выполнения задания отсылает в компьютер готовый отчёт с обозначениями детектированных молекул.

Результаты рассматриваемого исследования, опубликованные в журнале Analytical Chemistry, показывают, что новый прибор способен детектировать содержащиеся в воздухе молекулы 2,4-динитротолуола, являющегося признаком тротиловых взрывчаток. При его разработке учёные ориентировались на особенности строения собачьего обонятельного слизистого слоя, который абсорбирует и концентрирует отдельные молекулы.

По словам Брайана Пайорека из компании SpectraFluidics, получившей лицензию на эту технологию, искусственный нос в состоянии проводить обнаружение и идентификацию конкретных типов молекул в реальном времени, даже если их содержание в воздухе меньше одной части на миллиард.

А теперь, после всех дифирамбов, пора разобраться в принципе функционирования чудо-детектора. Хотя никакого чуда нет — типичная лаборатория-на-чипе размером с отпечаток пальца, объединившая в себе микрожидкостное устройство и SERS (метод поверхностного усиления комбинационного рассеяния) для захвата и идентификации молекул. Микроразмерные жидкостные каналы абсорбируют и концентрируют молекулы (при этом концентрация молекул в каналах может вырасти на 6 порядков величины по сравнению с концентрацией в среде). Сразу после абсорбирования молекул из газовой фазы они взаимодействуют в микроканалах с наночастицами (SERS-усилителями; немного подробнее о принципе их работы см. здесь), которые усиливают их сигнал в спектре комбинационного рассеяния при возбуждении лазерным источником. Затем полученные спектральные характеристики сравниваются с компьютерной базой данных для идентификации «захваченных» молекул.

Заметим, что мини-спектрометр вместе с лазерным источником является составной частью устройства.

Информация с сайта science.compulenta.ru по материалам Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Автор оригинального текста: Роман Иванов.