Пандемия COVID-19 подтолкнула к поиску технологий, которые защищают людей от заразных патогенов. Для максимальной безопасности реальный вопрос становится вопросом профилактики: как нам вообще избежать распространения патогенов?
Это может быть особенно сложно, учитывая, что большинство вирусов и других опасностей, передающихся по воздуху, невидимы невооруженным глазом. В ответ на это ученые из GIST в Корее изучали способы сделать видимыми с помощью колориметрии вирусы, переносимые по воздуху, и патогенны.
Проще говоря, колориметрические датчики – это тип оптического датчика, который меняет цвет под воздействием внешних раздражителей. Любое изменение физической или химической среды, от влажности до присутствия патогенов, можно рассматривать как раздражитель. Таким образом, колориметрические датчики можно использовать для самых разных целей.
Эти устройства могут работать по-разному. Большинство из них работают по принципу, согласно которому характерные комплексы предлагают определенные модели поглощения, основанные на разных длинах волн электромагнитного спектра (т. е. цвете). Присутствие определенного материала будет проявляться в зависимости от его воспринимаемого цвета – функции свойств материала. Другие методы, подобные тем, которые используются для промышленных газовых сенсоров, включают миниатюрные металлооксидно-полупроводниковые и электрохимические сенсоры.
Простым примером колориметрического датчика, который знаком большинству людей, является тест-полоска PH для бассейна или гидромассажной ванны. Прокладки на тест-полоске меняют цвет в зависимости от наличия и концентрации определенных химикатов, позволяя пользователю узнать, безопасно ли попадать в воду.
К сожалению, одним из основных ограничений доступных в настоящее время колориметрических датчиков является то, что они требуют сложных структур со сложными процедурами изготовления, что делает их менее подходящими для дешевого массового производства. Вдобавок к этому они страдают от медленного отклика и ненасыщенных цветов.
Чтобы решить эту проблему, исследователи GIST в Корее разработали новый метод получения колориметрических результатов. Этот метод работает с использованием тонкого слоя вирусов, называемых бактериофагами M13. Этот тип вируса способен изменять свою физическую структуру и, следовательно, свои оптические свойства в ответ на изменения в окружающей среде. Исследователи генетически сконструировали бактериофаги M13, объединив их с ультратонким резонансным промоторным слоем (HLRP) в качестве субстрата с высокими потерями. Затем они увеличили резонанс вирусного слоя, изменив субстрат, так что вирусы стали чувствительны к определенным веществам, переносимым по воздуху.
Этот метод позволяет обнаруживать присутствие химикатов в очень низких концентрациях – до десятков частей на миллиард. «Благодаря оптимизации осаждения вирусного слоя вирусный слой был покрыт ультратонким слоем, что повысило скорость обнаружения» - объясняет главный исследователь профессор Сонг: «HLRP с резонансным усилением был применен для получения отчетливого цвета даже с нанометром – изменение толщины слоя вируса бактериофага М13. Следовательно, изменение цвета было максимальным за счет оптимизированных условий резонанса».
Исследователи из GIST настроены оптимистично, утверждая, что эта новая конструкция дает возможность массового производства колориметрических датчиков ранее невозможным способом. Многие критически важные для безопасности приложения, такие как обнаружение вредных промышленных химикатов или оценка качества воздуха, выиграют от этого прогресса.
© digitrode.ru