Новую технологию изготовления универсальных гибких датчиков для электрохимического анализа различных веществ, которые могут быть востребованы в том числе в биомедицине, разработали ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий (ИШХБМТ) Томского политехнического университета (ТПУ), сообщает 19 апреля пресс-служба университета.

В основе предложенной томичами технологии лежит лазерная обработка пленок оксида графена и наночастиц серебра на полимерной подложке. Датчики, полученные новым методом, дешевы в производстве, обладают высокой чувствительностью и механической устойчивостью и могут быть легко настроены для детектирования различных молекул, в том числе в биохимических приложениях.

Результаты исследования новой технологии ученые представили в статье «Гибкие датчики, интегрированные в наноматериалы и полимеры: Подход с полной лазерной обработкой для мониторинга анализируемых веществ в режиме реального времени», опубликованной в журнале ассоциации IEEE Sensors Journal (Q1; IF: 4,3).

Гибкие сенсоры в биомедицине нужны, например, для непрерывного мониторинга показателей жизнедеятельности пациента. Электрохимические сенсоры являются основными компонентами таких систем, в том числе их используют в недорогих датчиках глюкозы.

Технологию многоступенчатой лазерной обработки различных пленок наноматериалов на полимерной подложке для изготовления разработала группа TERS-Team в ИШХБМТ. Она заключается в облучении лазером пленки оксида графена и наночастиц серебра на подложке из полиэтилентерефталата (ПЭТ). В результате экспериментаторы получили электропроводящие и прочные композиты заданной формы.

Восстановленный оксид графена, полученный в результате облучения, является одним из наиболее перспективных материалов для электрохимических датчиков благодаря простой технологии изготовления, высокой площади поверхности и химической стабильности.

Сам гибкий датчик конструктивно состоит из рабочего и вспомогательного углеродных электродов и одного серебряного электрода сравнения. Оптимизировав лазерную обработку, ученые добились создания электродов с низким сопротивлением и высокой чувствительностью.

Гибкость датчику обеспечивает подложка, обладающая способностью сохранять при изгибе внутреннюю структурную целостность и механические свойства. Так, созданное учеными устройство сохраняло свои свойства при более чем 1000 циклов изгиба, рассказал младший научный сотрудник ИШХБМТ ТПУ Максим Фаткуллин.

Изготовленный учеными в рамках исследования датчик для детектирования кофеина был проверен следующим образом: на рабочую поверхность датчика была помещена капля растворимого кофе объемом в 200 микролитров и приложен электрический потенциал к его электродам.

Подача тока привела к окислению исследуемой жидкости, в результате чего был считан электрохимический сигнал. Его величина зависит от концентрации исследуемого вещества, на которое настроен датчик. Сравнительный анализ показал расхождение результата в 15% по сравнению с данными высокоэффективной жидкостной хроматографии — золотого стандарта в аналитической химии при определении концентрации различных веществ.

Эксперимент был успешно проведен и для датчика, настроенного на глюкозу, что говорит о потенциале использования разработанных в ТПУ сенсоров для создания недорогих, неинвазивных медицинских устройств, определяющих уровень глюкозы.

«Датчики являются универсальными по принципу своей работы. Их можно доработать под конкретные аналитические задачи, сделать их высокочувствительными для детектирования конкретного вещества. Полученные результаты позволяют создавать на основе этих датчиков гибкие и надежные устройства, применяемые в различных областях — от мониторинга в здравоохранении до зондирования окружающей среды», — указала профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.