redox sparrow-hawk blog

Транзисторы на основе нанотрубок позволяют создать отличные датчики глюкозы

nanotubes_gluc

На основе транзисторов из углеродных нанотрубок группа ученых из США создала очень чувствительный электронный датчик, способный обнаружить предельно низкие концентрации глюкозы. Поскольку устройство вполне может обнаружить глюкозу в человеческой слюне, по мнению исследователей, такие датчики могут стать реальной альтернативой обычным глюкометрам, работающим на основе образца крови.

Группа ученых из University of Pennsylvania (США) разработала принципиально новый датчик для определения концентрации глюкозы в организме человека.

Свою работу они начали с изготовления тысяч пар металлических электродов, расположенных на расстоянии 10 мкм на поверхности кремниевой пластины. Далее на эту подложку из коммерчески-доступного раствора осаждались полупроводниковые углеродные нанотрубки, что привело к ликвидации разрывов между электродами путем создания тысяч почти идентичных, но независимых друг от друга электронных схем. Чтобы сделать эти электронные схемы чувствительными к глюкозе, нанотрубки обрабатывались составом, известным как пирен борной кислоты. Молекулы этого состава прикреплялись к боковым стенкам нанотрубки одним концом, имея возможность образовывать ковалентную связь с молекулами глюкозы с другого конца.

Когда созданная структура помещается в раствор, содержащий глюкозу, ее молекулы диффундируют к датчику и образуют пару ковалентных связей с пиреном борной кислоты. За счет явления, известного, как рассеяние носителей (электронов и дырок проводимости), созданное соединение препятствует прохождению свободных носителей заряда через углеродную нанотрубку. В результате сопротивление цепи увеличивается, а значит, уменьшается полный ток, проходящий через устройство. Поскольку датчик состоит из тысяч одинаковых цепей, падение тока зависит от концентрации молекул глюкозы в растворе. Чем она выше, тем больше цепей прекращают проводить электрический ток. Таким образом, по падению тока можно сделать однозначные выводы о концентрации молекул глюкозы в растворе.

Как отмечают ученые, созданный датчик для обнаружения глюкозы имеет крайне высокую чувствительность. Он реагирует на концентрации, не доступные на сегодняшний день для традиционных технологий мониторинга уровня глюкозы в организме. Это делает возможным обнаружение глюкозы в слюне человека.

Как известно, на сегодняшний день подавляющее большинство имеющихся в продаже глюкометров используют для выявления концентрации глюкозы образцы крови. Это означает, что пациент должен несколько раз в день прокалывать пальцы, а по завершении исследования, утилизировать остатки крови с датчика. Это создает определенные неудобства. Кроме того, точность подобных приборов не высока. Они могут быть чувствительны к температуре, влажности и другим растворенных в крове веществам, например, к витамину C. Таким образом, новое устройство на основе нанотрубок, предложенное учеными, потенциально может избавить пациентов от массы неудобств, получая необходимые данные из слюны.

Хотя уже есть значительный коммерческий интерес к результатам работы ученых, пока они не готовы выпустить свое устройство на рынок. По их мнению, для начала требуется продемонстрировать его эффективность на дополнительных экспериментах. В данный момент группа уже начала новую серию лабораторных исследований.