Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета (ТПУ) разработали новую технологию изготовления универсальных гибких датчиков для электрохимического анализа веществ, которая основана на лазерной обработке пленок оксида графена и наночастиц серебра на полимерной подложке. Об этом сообщается в пресс-релизе ТПУ.
Группа TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий разработала датчики, используя технологию многоступенчатой лазерной обработки различных пленок наноматериалов на полимерной подложке. Они облучили лазером пленки оксида графена и наночастиц серебра на подложке из полиэтилентерефталата (ПЭТФ) для получения электропроводящих и прочных композитов необходимой формы.
Синтезированный в результате восстановленный оксид графена является одним из наиболее перспективных материалов благодаря простой технологии изготовления, высокой площади поверхности и химической стабильности.
Производство датчиков по новой технологии недорого, при этом изделия получаются высокочувствительными и механически устойчивыми. Кроме того, они могут быть адаптированы для детектирования различных молекул. Данные сенсоры могут применяться в биомедицине в качестве базовых компонентов систем мониторинга показателей здоровья человека, например уровня глюкозы.
«Полученный гибкий датчик состоит из двух углеродных электродов — рабочего и вспомогательного и одного серебряного электрода сравнения. При этом оптимизированная лазерная обработка позволила создать электроды с низким сопротивлением и высокой чувствительностью. А способность сохранять внутреннюю структурную целостность и механические свойства подложки наделяют датчики высокой степенью гибкости. Устройство способно сохранять свои свойства при более чем 1000 циклов изгиба», — отмечает младший научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Максим Фаткуллин.
В рамках исследования ученые продемонстрировали практическую реализацию датчика для детектирования кофеина. Они поместили на датчик каплю растворимого кофе, равную 200 микролитрам. При подаче к датчику электрического потенциала происходит процесс окисления, в результате чего считывается электрохимический сигнал, который зависит от концентрации вещества.
Сравнительный анализ показал незначительное расхождение результата в 15% по сравнению с результатом, полученным методом высокоэффективной жидкостной хроматографии — золотого стандарта в аналитической химии при определении концентрации различных веществ.
Аналогичный эксперимент был успешно проведен с глюкозой. Это делает разработанные политехниками сенсоры потенциально применимыми для создания неинвазивных и недорогих медицинских устройств для определения уровня 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 здравоохранения до зондирования окружающей среды», — подчеркивает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Евгения Шеремет.
Исследование проводилось при поддержке гранта Российского научного фонда и администрации Томской области. Результаты работы ученых опубликованы в журнале IEEE Sensors Journal.
Гибкие датчики изготовленные по новой технологии могут применяться в том числе для мониторинга показателей здоровья человека