Грибной сенсор на фенол

Уникально чувствительные и селективные сенсоры разработали российские ученые - доктор химических наук Татьяна Кучменко и ее коллеги из Воронежской государственной технологической академии. Новые сенсоры улавливают из воздуха малейшие примеси фенола и быстро определяют концентрацию этого опаснейшего токсиканта. Интересно, что обеспечить исключительную эффективность сенсора позволяет вытяжка из обычных грибов - вешенок, по латыни - Pleurotos osteatus.

Разрабатывать различные сенсоры на основе пьезоэлектрических кварцевых резонаторов ученые начали несколько лет назад под руководством одного из крупнейших воронежских химиков-аналитиков профессора Якова Коренмана. Резонатор - это, по сути, тонкая пластина кварца, на поверхность которой нанесен слой специально выбранного материала, который селективно поглощает из воздуха те или иные вещества. Причем фокус в том, чтобы так подобрать вещество этой пленки, чтобы "застревали" в ней только молекулы искомого вещества, а все остальные - нет.

Далее под действием приложенного напряжения пластина резонатора колеблется, причем с определенной частотой. Частота колебаний зависит от массы как самой пластины (она не меняется), так и от массы нанесенного покрытия. Очевидно, что, чем больше искомого вещества "захватила" пленка, тем она тяжелее. И тем сильнее изменится частота колебаний пластины. Отсюда и возможность фактически взвесить едва ли не считанные количества попавших в слой покрытия молекул - по изменению частоты колебания пластины.

Надо сказать, что сам принцип этот известен уже довольно давно. Однако для каждого нового анализируемого соединения материал покрытия нужно создавать заново - в некотором смысле это всегда штучная работа, образно говоря - индивидуальный пошив в учетом особенностей клиента, то есть физико-химических характеристик того вещества, концентрацию которого следует определять с помощью данного сенсора. Но воздух, особенно городской, а тем более в цеху или в квартире после ремонта (что, оказывается, порой одно и то же, и неизвестно еще, что вреднее) - так вот, воздух - это сложная смесь компонентов, в том числе с похожими по строению, но разными по воздействию на человека, свойствами. Нужна селективность. Вот ее-то и удалось обеспечить с помощью грибов.

Откуда вообще взялась идея использовать грибы? "В значительной степени это была случайность, но счастливая, - рассказывает Татьяна Анатольевна. Как-то в беседе у меня спросили, почему мы не используем в сенсорах биологически активные материалы? Мы действительно решили попробовать, и начали с грибов. Мне не хотелось бы кривить душой и придумывать историю про длинный теоретический путь этой работы. Ничего подобного в данном случае не было. В саратовском институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН нам, что называется, на пробу дали материал - разумеется, строго охарактеризованный препарат. Грубо говоря, измельченные в порошок вешенки. Мы же различными растворителями извлекали из этого материала те или иные соединения и их смеси, а затем добавляли их в состав чувствительной пленки наших сенсоров. И проверяли - как такие добавки повлияют на работу сенсора.

Результат нас буквально ошеломил. Оказалось, что модификация сенсора некоторыми экстрактами позволяла добиться фантастической чувствительности и селективности его отклика! Причем сенсор не могли "обмануть" никакие, даже очень похожие по молекулярной структуре вещества - он видел только фенол, не замечая всего остального! Причем даже в низкой концентрации, около трех микрограммов в кубометре, что соответствует среднесуточному предельно допустимому значению для воздуха помещений".

На вопросы, какие вещества есть в экстракте, почему они столь эффективно улавливают из воздуха именно фенол, а не что-то иное, наконец, зачем грибам-то понадобилось это свойство - точных ответов пока нет. Ученые в этом с огромным интересом разбираются, хотя некоторые предположения у них уже есть. Предстоит еще много исследований. Но сенсор работает, и работает эффективно. Жаль, что пока - только в лаборатории.

Доп. информация: Воронеж, Воронежская государственная технологическая академия, доктор химических наук Татьяна Анатольевна Кучменко, (0732) 55-07-62, факс (0732) 55-42-67, korenman@vgta.vrn.ru

Интернет-журнал "Коммерческая биотехнология" http://www.cbio.ru/ по материалам агентства "Информнаука"