Ученые изобрели биосенсор, который определит уровень сахара у людей с сахарным диабетом по дыханию. Не нужно будет делать ежедневные уколы, чтобы взять на анализ кровь, - достаточно будет дыхательного теста.
Технология строится на том, что при недостатке гормона инсулина у людей с диабетом выделяется ацетон. Его показатели коррелируются с уровнем сахара в крови. Биосенсор способен захватывать пары ацетона из дыхательных путей и сигнализировать об уровне глюкозы.
Исследовательская группа Кильского университета (CAU) и биомедицинской инженерии технического университета Молдовы разработала методику производства чрезвычайно чувствительных и энергоэффективных датчиков с использованием трехмерной печати. Процесс производства высокочувствительных датчиков достаточно сложный и требует идеальной беспыльной среды. Как сообщает журнал Nano Energy, датчик способен измерять концентрацию паров ацетона с помощью специального структурирования на наноуровне с точностью до 1 ppm (частицы на миллион молекул воздуха). Для сравнения, дыхание людей с диабетом I или II типа имеет содержание ацетона более 2 ppm.
Ученые буквально выращивают крошечные провода и шипы из металлических микрочастиц, которые особенно хорошо улавливают молекулы газа. "Чтобы создать эту особую структуру, мы нагреваем простые микрочастицы металла до тех пор, пока на них не образуются многочисленные тонкие нанопроволоки и наноспицы. С помощью специально разработанных чернил мы можем с точностью наносить эти частицы на различные поверхности с помощью трехмерного принтера", говорит один из авторов разработки Леонард Зиберт.
Специальная поверхность новых сенсоров видна под электронным микроскопом высокого разрешения: молекулы таких газов, как ацетон, особенно легко запутываются в зарослях нанопроводов диаметром всего около 20 нанометров. Нано-провода увеличивают размер поверхности датчика и таким образом создают высокий уровень его чувствительности. Когда органические молекулы встречаются с многочисленными проводами датчика, они сильно реагируют друг на друга, меняется сопротивление датчика, который посылает четко измеримые сигналы.
А поскольку чрезвычайно тонкие провода потребляют мало электроэнергии, то это дает возможность сделать прибор компактным и портативным, а данные считывать непосредственно через смартфон.
Как считают ученые, этот принцип может быть использован в будущем для разработки датчиков для водорода или других взрывоопасных и опасных газов.