Не все ядовитые газы имеют запах или цвет. Но теперь их можно «учуять» с помощью небольшой решетки из пастельных и конфетных квадратиков. Эта разработка ученых способна выявлять в воздухе такие опасные вещества, как хлоротабун — высокотоксичный нервно-паралитический агент. Как сообщается в журнале ACS Sensors, узоры на этом недорогом и прочном бумажном сенсорном массиве меняли цвет при контакте с отравляющими газами, позволяя провести быстрые и точные измерения буквально за считанные минуты.

Электронные носы — устройства для обнаружения вредных химических паров — часто бывают дорогими и плохо работают при высокой влажности. Оптоэлектронные носы могут решить эти проблемы, заменив электронные компоненты на красители, которые меняют цвет при реакции с определенными химикатами. Виджай Так и его коллеги создали и протестировали новую конструкцию такого «носа»: массив сенсоров для обнаружения и измерения смертельно опасных газов. Каждый сенсор в массиве — это крошечный бумажный квадратик, содержащий микроскопические частицы кремнезема, покрытые красителями. Эти красители изменяют цвет и интенсивность после взаимодействия с конкретными молекулами или ионами.

В качестве доказательства концепции команда создала сенсоры, пропитав частицы кремнезема 36 разными растворами цветочувствительных красителей. После высушивания они собрали массив 12x3, поместив частицы в микропланшет, накрыв его липкой бумагой и перевернув, чтобы частицы впечатались в бумагу. Для прочности к липкой стороне бумаги прикрепили тонкую металлическую пластину.

Чтобы проверить точность массива, исследователи подвергли его воздействию 12 ядовитых газов, каждый в двух концентрациях. Команда сравнила фотографии квадратов до и после пяти минут контакта с газом. Это создавало уникальный цветовой узор, по которому можно было определить тип и концентрацию газа. В повторяющихся экспериментах цветовые сенсоры показали 99% точность в идентификации типа угрозы и 96% — в определении концентрации. Отдельный эксперимент подтвердил, что точность работы массива не страдает от высокой влажности.

Себестоимость производства одного массива оценивается всего в 20 центов. Ученые считают, что их разработка может стать экономичным и настраиваемым решением для мониторинга окружающей среды в реальных условиях. Следующим шагом команда планирует создать портативный прототип оптоэлектронного носа для тестирования на открытом воздухе.

Реальная польза этой разработки многогранна и выходит за рамки чистой науки. Прежде всего, она может спасти жизни в ситуациях, где счет идет на минуты: при авариях на химических производствах, утечках на складах или в случае террористических угроз. Дешевизна и скорость анализа (всего 5 минут) позволяют массово оснастить такими «тест-полосками» аварийные службы, МЧС, военных и даже персонал на опасных объектах. Во-вторых, устойчивость к влажности открывает путь для применения в полевых условиях, в тропическом климате или просто в дождь, где обычная электроника может отказать. Наконец, технология создает основу для будущих „умных“ систем постоянного мониторинга воздуха в городах, на заводах или в метро, предупреждая о загрязнениях до того, как они станут критическими.

Основное замечание касается стадии валидации технологии. В статье тестирование проводилось в контролируемых лабораторных условиях с чистыми образцами газов. В реальной атмосфере присутствует сложная смесь множества соединений (пыль, автомобильные выхлопы, промышленные эмиссии), которые могут вступать в перекрестные реакции с красителями, вызывая ложноположительные или ложноотрицательные сигналы. Перед выходом «в поле» необходимо провести масштабные испытания именно в такой сложной среде, чтобы доказать избирательность и надежность сенсоров. Кроме того, в тексте не указан срок службы массива: как долго красители сохраняют стабильность и чувствительность при хранении на складе или в кармане спецодежды.

Ранее ученые разработали датчик для выявления опасных загрязнений.