Новое недорогое устройство с высокой точностью обнаруживает опасные вещества, переносимые по воздуху
Переносимые по воздуху опасные химические вещества могут быть разбавленными, подвижными и трудноулавливаемыми. Тем не менее, точное измерение этих химических веществ имеет решающее значение для защиты здоровья человека и окружающей среды.
Теперь новое, небольшое, недорогое устройство, получившее прозвище ABLE, может сделать сбор и обнаружение опасностей в воздухе гораздо более эффективными. Устройство, размером всего четыре на восемь дюймов в поперечнике, было разработано Цзинчэном Ма, доцентом аэрокосмической и механической инженерии в Университете Нотр-Дам, и исследователями из Чикагского университета. Результаты их работы были опубликованы в журнале Nature Chemical Engineering.
Ма, получивший высшее образование в области тепловистики и энергетических систем — области, в которой переход воды из жидкости в пар является центральным — задался вопросом, как могут вести себя переносимые по воздуху биомаркеры, если их конденсировать в жидкость. Могут ли эти молекулы быть захвачены каплями воды? Будет ли их концентрация в жидкости такой же, как и в воздухе? Будут ли разные молекулы конденсироваться по-разному?
Если биомаркеры в воздухе тестируются в газовой форме, обычно необходимы большие и дорогие машины, такие как масс-спектрометры. Однако, если исследователи смогли преобразовать воздух в жидкость, стал доступен целый ряд недорогих и точных измерительных инструментов - бумажные тест-полоски, электрохимические датчики, ферментные анализы и оптические датчики.
«Мы обнаружили, что многие молекулы могут эффективно проникать в капли воды даже при очень низкой концентрации. Нам не нужно было разрабатывать какие-либо передовые химические системы для улавливания этих биомаркеров в воде. Это очень естественный процесс», говорит Цзинчэн Ма.
Устройство ABLE, которое может быть изготовлено менее чем за 200 долларов, всасывает воздух, добавляет водяной пар и охлаждает его. Проба воздуха конденсируется в капли воды на поверхности микроскопических кремниевых шипов – процесс, в результате которого даже крошечные количества загрязняющих веществ становятся высококонцентрированными. Затем эти капли скользят в резервуар, где их проверяют на биомаркеры.
Исследовательская группа Ма изучает способы миниатюризации ABLE, что позволит вписать устройство в портативные сенсорные системы или роботизированные платформы для мониторинга окружающей среды и здравоохранения.
ABLE имеет непосредственное применение в больницах, где вирусы, бактерии и нанопластик могут быть обнаружены непосредственно в воздухе.