15.11.2019

Вовремя обнаружить опасное загрязнение можно будет с помощью инновационного сенсора российских изобретателей

Патент: 2702418

Авторы: Татьяна Кормилина; ПавелХавлюк; Алексей Дубовик; Адрей Рогач

Патентообладатель: Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО)

«Вслед за стремительным технологическим развитием увеличивается и доля его пагубного влияния на окружающую среду», — констатируют авторы патента. Среди основных источников промышленного загрязнения они называют ионы тяжелых металлов. Даже при малых дозах продолжительный и регулярный контакт с водой, содержащей тяжелые металлы, особенно питьевой, приводит к серьезным поражениям нервной, кровеносной систем и пищеварительного тракта. Сейчас для обнаружения подобных загрязнений используются сенсоры, которые «оценивают» электрический сигнал на контактах, погруженных в пробу воды.

Главный недостаток подобных устройств — высокая стоимость. Для производства таких сенсоров используются драгоценные металлы — золото и платина. Тяжелые металлы, применяемые в сенсорах, создают угрозу вторичного заражения для микросистем. Например, замкнутой питьевой системы для подопытных животных в лабораториях. И хотя эту проблему научились решать за счет использования в сенсорах нетоксичных проводящих наноматериалов, сложность их получения и использования в сенсорах серьезно влияет на стоимость производства приборов, а как следствие — на их широкое использование.

Глобальным трендом в области производства подобных устройств стало применение нового люминесцентного углеродного наноматериала, так называемых углеродных точек (С-точки).Этот материал относительно дешев, интертен, низкотоксичен и стабилен. Его применение позволяет сделать сенсоры более чувствительными. Но здесь вступают в силу другие ограничения: трудоемкость методов получения C-точек или время, которое надо затратить для получения этого материала.

Российские химики предложили новый способ стабилизации C-точек с использованием лимонной кислоты, метанола и других компонентов, значительно сократив время, которое тратится на их получение. Одновременно им удалось повысить чувствительность и экологическую безопасность устройств. Проверка пробы воды новым сенсором укладывается в два простых шага: замер интенсивности люминсценции до погружения сенсора в пробу воды и повторный замер после того, как высохнет вынутый из воды прибор. Вывод о наличии и концентрации ионов тяжелых металлов в пробе делается по степени изменения интенсивности люминсценции. Применять такие сенсоры можно будет повсеместно: как для мониторинга экологической обстановки на промышленных объектах и вокруг них, так и для обследования новых источников питьевой воды, в лабораторных испытаниях, бытовых системах водоснабжения.

Основные принципы получения C-точек и работы нового сенсора изложены в опубликованном патенте.