Новосибирские ученые разработали и успешно протестировали миниатюрный датчик-анализатор, который различает малейшие изменения в составе воздуха и способен по выдыхаемым человеком газам диагностировать серьезные заболевания на ранних стадиях, а также быстро сигнализировать о появлении отравляющих газов при аварийных ситуациях.
В России смогут диагностировать болезни по выдыхаемому воздуху

Ученые механико-технологического факультета Новосибирского государственного технического университета (НГТУ) НЭТИ создали сверхчувствительный газовый сенсор — прибор для определения концентрации определенных газов в воздухе. Новосибирский датчик способен различать ничтожные количества газов: от 1 ppm, то есть от одного миллиграмма компонента на один килограмм смеси (ppm — parts per million — одна миллионная часть). Другие существующие датчики обнаруживают лишь относительно высокие концентрации — 100−300 ppm.

Секрет чувствительности нового датчика в применении особых материалов. Ученые использовали структуры из углеродных нанотрубок, оксидов графена и их гибридов. Полученный сенсор можно применять в медицине, для диагностики тяжелых заболеваний на ранних стадиях.

«Молекулы газа, которые выдыхает человек, поглощаются активным материалом сенсора. Поглощенные молекулы дают либо забирают электроны — носители заряда. Электрическое сопротивление активного материала сенсора меняется. По изменению сопротивления можно установить содержание вещества в воздухе», — рассказал Александр Баннов, доцент кафедры химии и химической технологии НГТУ НЭТИ.

Воздух, выдыхаемый человеком, содержит огромное количество летучих органических веществ. Их концентрация различна у здоровых и больных людей. Биомаркерами сердечно-сосудистой патологии считаются оксид азота, оксид углерода, пентан, изопрен и ацетон. Онкология сопровождается выдыхаемыми кетонами, спиртами, альдегидами, изопреном. На ранних стадиях гастрита в выдыхаемом воздухе повышается концентрация аммиака.

Углеродные материалы сенсора не только увеличивают его чувствительность, но и позволяют уменьшить размеры устройства и снизить потребление энергии. Это означает, что датчик можно поместить в мобильные устройства и проводить раннюю диагностику пациентам в любых регионах мира.

Кроме медицины, газовые сенсоры могут быть полезны во время чрезвычайных ситуаций. Ученые НГТУ разработали проект «Умный шлем» для сотрудников МЧС. В стандартный шлем можно встроить газовые датчики, которые быстро реагируют на изменения концентрации вредных и опасных газов в воздухе и вовремя сигнализируют об этом спасателю.

Еще одно применение газового сенсора — поддержание безопасности на производствах. Поломки и частичная разгерметизация оборудования обычно сопровождаются увеличением концентрации углекислого газа, аммиака, диоксида азота и сероводорода. Малейшие концентрации этих газов может распознавать новосибирский сенсор.

«Газовые датчики, которые используются в промышленности, позволяют определять только большие концентрации газов. Мы предлагаем другой тип газовых сенсоров, которые основаны на новом материале, позволяющем определять газы при значительно меньшей концентрации», — сказал Александр Баннов.

В настоящее время ученые выпустили физические прототипы сенсоров. В планах исследователей из НГТУ — увеличить чувствительность прибора, чтобы он мог распознавать концентрацию от 0,5 ppm и ниже. Внедрить новинку в производство разработчики надеются в течение пяти-семи лет.