Сотрудники лаборатории биоэлектрохимии Института физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН в соавторстве с коллегами с химического факультета МГУ разработали новый тип сенсоров для определения органических соединений в сверхнизких концентрациях.

Принцип работы сенсоров основан на окислении анализируемых веществ под действием света, в результате чего они становятся «видимыми» для спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния — сверхчувствительного метода анализа, способного определять единичные молекулы. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда № 23-73-00095 опубликованы в журнале Small Methods (IF 10.7).

Спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния — высокочувствительный аналитический метод для определения сверхнизких концентраций, позволяющий получать характерную картину колебаний атомов в веществе. Он работает как своеобразный «отпечаток пальца», благодаря чему по базам данных можно определять анализируемое соединение.

Существенным ограничением метода является то, что ряд веществ, в том числе токсичных в очень низких концентрациях, из-за особенностей строения для него буквально невидим. Чтобы сделать такие соединения «видимыми», авторы впервые предлагают изменять структуру анализируемых соединений с помощью окисления.

Для этого ими был разработан чип-фотокатализатор, способный за счёт поглощённого света превращать молекулы кислорода из окружающей среды в сильный окислитель — синглетный кислород. Водную пробу с добавленными для усиления сигнала наночастицами серебра сначала окисляют на поверхности чипа, а затем анализируют при помощи данного метода.

Чип — очень тонкая плёнка толщиной 2 нм, состоящая из синтетического красителя фталоцианината цинка, отвечающего за поглощение света и активацию кислорода, и оксида графена, который удерживает фталоцианин на чипе и защищает его от саморазрушения, забирая излишки энергии. Запуск окисления с помощью света позволяет избежать добавления соединений-активаторов, присутствие которых осложнило бы анализ. Таким образом, сам материал чипа делает анализ простым и быстрым.

«Предложенная сенсорная система расширяет применимость спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния и может лечь в основу портативных устройств для экспресс-анализа, не требующего специальной пробоподготовки. Миниатюрные спектрометры размером со смартфон можно купить уже сейчас. На очереди стоит разработка программного обеспечения для расшифровки результатов, которая может быть реализована с помощью технологий искусственного интеллекта», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, ведущий научный сотрудник лаборатории биоэлектрохимии ИФХЭ РАН доктор химических наук профессор Мария Калинина.

Источник: ИФХЭ РАН.