На разработку нового химического сенсора учёных вдохновили древние артефакты

Автор: Екатерина Кошкина  -  

Недавно в журнале Advanced Optical Materials была опубликована статья американских физиков, которым удалось создать новый способ изготовления химических сенсоров. Он позволяет с повышенной точностью распознавать различные типы веществ, в том числе выполнять анализы, необходимые для постановки медицинского диагноза. Исследователи отмечают, что идея устройства анализатора возникла в результате изучения старинного кубка.

Этот кубок, известный как Кубок Ликурга, был изготовлен в Древнем Риме около 1600 тысяч лет назад. Своё название он получил по украшающему его горельефу: на нём изображён царь Фракии Ликург. С 1950 года он находится в Британском музее. Кубок обладает необычным свойством: если его освещают отражённым светом, он имеет зелёный цвет. Если же кубок осветить проходящими лучами, он окажется красным.

Кубок Ликурга.

В течение нескольких десятков лет учёным не удавалось объяснить природу этого явления. Ответ был найден только в 1990 году. Исследователи рассмотрели под микроскопом отдельные фрагменты материала, из которого был изготовлен кубок. Оказалось, что они состоят из стекла с вкраплениями частиц золота и серебра, имеющих диаметр около 50 нанометров. Именно благодаря свойствам этих частиц цвет материала зависит от того, как соотносятся между собой положения источника света, наблюдателя и самого кубка. С большой долей вероятности можно предположить, что эффект изменения цвета был получен не случайно, и римские мастера знали, что делали.

Инженер из университета Иллинойса по имени Ганг Логан Лиу (Gang Logan Liu) предположил, что цвет кубка мог меняться и при наливании в него различных жидкостей. Следовательно, на основе этой технологии можно создать анализатор химического состава веществ, который будет полезным при диагностике заболеваний.

Химический детектор, созданный группой исследователей в результате развития этой идеи, функционирует следующим образом. В пластиковой пластинке проделывается множество микроскопических отверстий, на стенки которых помещаются наночастицы серебра и золота. Когда происходит связывание вещества внутри отверстий, длина волны проходящего через пластинку света изменяется, причем это изменение можно заметить невооружённым глазом. Например, под воздействием воды пластинка станет светло-зелёной, а под действием масла - красной.

Такой сенсор позволяет определять количество соли в растворе в 100 раз точнее, чем существующие коммерческие сенсоры. В будущем на основе этой технологии могут быть созданы портативные устройства для быстрой постановки диагноза по анализам слюны или мочи, или же для выявления опасных жидкостей при досмотре пассажиров в аэропортах.

В честь древнего кубка, который подтолкнул исследователей к идее этого изобретения, технология получила название nanoLCA, что расшифровывается как "матрица наноразмерных Ликурговых чаш".

Фото: Британский музей.