Метод разделения нанотрубок улучшает точные сенсоры для непрерывного мониторинга здоровья

Исследователи из Университета Турку (Финляндия) разработали сенсоры из однослойных углеродных нанотрубок, которые могут привести к значительному прогрессу в здравоохранении, например, в непрерывном мониторинге здоровья.

Долгосрочной проблемой в развитии этой технологии было то, что процесс производства нанотрубок создаёт смесь проводящих и полупроводящих нанотрубок, различающихся по своей хиральности — способу сворачивания графенового листа в цилиндрическую структуру. Электрические и химические свойства нанотрубок в значительной степени зависят от их хиральности.

Коллегиум-исследователь Хан Ли разработал методы разделения нанотрубок с разной хиральностью. В текущем исследовании, опубликованном в Physical Chemistry Chemical Physics, учёным удалось различить две углеродные нанотрубки с очень похожей хиральностью и определить их типичные электрохимические свойства.

«Хотя разница в хиральности нанотрубок очень незначительна, их свойства сильно различаются», — говорит докторант Джу-Йон Со.

Точность и чувствительность сенсоров

Очищая и разделяя углеродные нанотрубки, исследователи смогли протестировать их различия в качестве сенсорных материалов.

В этом исследовании сенсор был изготовлен полностью из нанотрубок, без использования другого поверхностно-активного вещества, что часто практикуется при создании гибридных сенсоров. Также был достигнут точный контроль над концентрацией нанотрубок для сравнения разных хиральностей.

Исследователи обнаружили, что один тип нанотрубок (6.5) оказался более эффективным, чем другой (6.6), в адсорбции дофамина. Адсорбционная способность материала особенно важна при очень низких концентрациях исследуемых веществ.

«Результат значим, потому что, имея возможность точно контролировать свойства углеродных нанотрубок, мы можем тонко настраивать способность сенсорного материала обнаруживать изменения в конкретных веществах», — отмечает докторант Со.

Текущие сенсоры позволяют, например, измерять уровень глюкозы в крови. Цель исследователей — разработать более точные и чувствительные сенсорные материалы для обнаружения значительно более низких концентраций.

«Молекулы, которые нас интересуют, например, женские гормоны, присутствуют в организме в концентрациях, в миллионы раз меньших, чем глюкоза. Для изучения колебаний гормонов точность биосенсоров необходимо значительно повысить», — говорит доцент материаловедения Эмилия Пелтола.

Эти результаты впервые демонстрируют, что на электрохимический отклик сенсора влияет хиральность. В дальнейших исследованиях с помощью вычислительных моделей можно будет найти оптимальную хиральность для каждой измеряемой молекулы.

Группа «Материалы в медицинских технологиях» Университета Турку фокусируется на разработке более чувствительных и точных сенсорных материалов, сохраняющих свою функциональность в биологической среде.