На основі кумаринів, квантових точок і силікосорбентів науковці Інституту прикладних проблем фізики і біофізики НАН України розробили засоби синтезу тонких плівкових структур із високою чутливістю до молекул ацетону й аміаку та створили макетні зразки флуоресцентних пристроїв для ідентифікації наднизьких концентрацій цих молекул у видиху і біовипарах, що важливо для медичного спостереження рівня речовин, які супроводжують низку захворювань.
 |
Аналіз видихуваного повітря є надзвичайно перспективним напрямом неінвазивної медичної діагностики. Ще давньогрецькі лікарі помітили, що при певних хворобах (діабеті, захворюваннях печінки і нирок, заражених анаеробними інфекціями) видих пацієнтів має специфічний запах. 1971 року з’явилася робота відомого американського хіміка й біохіміка, лауреата Нобелівської премії в галузі хімії 1954 року (і Нобелівської премії миру 1962 року) Лайнуса Полінга, в якій було показано, що видихуване повітря людини – це не просто суміш азоту, кисню, вуглекислого газу і води. З використанням газової хроматографії науковець виявив у видиху ще близько 250 газів. Сьогодні відомо вже понад 800 газів, які є продуктами фізіологічних і біохімічних процесів в організмі та можуть з’являтись у видиху. Їх наявність і концентрація свідчить про різні патологічні стани.
Флуоресцентні оптичні хемосенсори, вихідним сигналом у яких є зміна флуоресцентних властивостей сенсорного матеріалу, належать до найперспективніших – завдяки високій чутливості флуоресцентного сигналу до певних агентів і, як наслідок, можливості детектування наднизьких концентрацій аналітів. Створення наносенсорів на основі наночастинок і молекул органічних флуорофорів, розміщених в органічних чи неорганічних матрицях, є одним із напрямів, які швидко розвиваються і дають змогу отримувати мініатюрні, надійні та відносно дешеві датчики й сенсорні системи.
Молоді науковці Інституту прикладних проблем фізики і біофізики НАН України Віта Міцай та Ярослав Лазаренко під керівництвом доктора біологічних наук Анатолія Мисюри сконцентрувалися на визначенні одних із найважливіших біомаркерів у видихуваному повітрі – аміаку й ацетону. Аміак є маркером дисфункції печінки та нирок, раку легень, ацетон – цукрового діабету, панкреатиту, серцевої недостатності тощо.
В основу розробки покладено здатності органічних барвників до міжмолекулярних взаємодій з ацетоном та аміаком і зміни свого флуоресцентного відгуку. Для підвищення чутливості цих флуоресцентних сенсорів було використано ефекти підсилення флуоресценції органічних барвників, що розташовуються поблизу наночастинок. Наночастинки металів або напівпровідників (вони ще називаються квантовими точками), які перебувають поблизу флуорофорів, посилюють інтенсивність їх випромінювання внаслідок безвипромінювального (так званого фьорстерівського) перенесення енергії від одного флуорофору до іншого.
«Серцем» створюваного сенсору є чутлива плівка з матриці діоксиду кремнію «Аеросил», у яку введено органічні барвники кумаринового ряду як чутливу складову та квантові точки, що працюють як підсилювачі флуоресцентного сигналу.
 Принцип побудови сенсора |
 Ліворуч – сенсорна плівка, праворуч – її мікроструктура |
Важливою є селективність у визначенні ацетону й аміаку, їх виокремленні з-поміж інших речовин.
 Вимірювання ацетону й етанолу |
Наразі науковці Інституту прикладних проблем фізики і біофізики НАН України створили першу версію сенсору, який дозволяє визначати молекули аміаку (в концентрації 10 ppm) і ацетону (в концентрації 15 ppm) у повітряному середовищі.
Учені планують продовжити працювати над цією розробкою, щоб досягти ще вищої її чутливості.
За інформацією Інституту прикладних проблем фізики і біофізики НАН України