В ЛЭТИ разработали мультисенсорный чип для оценки выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Его уникальность в том, что за полминуты он может распознать в воздухе сразу 10 – 15 газов. Интеллектуальный газоанализатор может стать и средством медицинской диагностики.
Эта разработка в области нанотехнологий и сенсорной техники – результат совместной работы ученых Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В. И. Ульянова (Ленина) и Саратовского государственного технического университета имени Ю. А. Гагарина. На технологию уже получен евразийский патент.
Мал золотник
«Сканирование» воздуха происходит в течение 15 – 30 секунд. А мультиспособность чипа – то есть количество распознаваемых газов – зависит от того, как его обучить, отмечает доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Светлана Налимова. «Обычные сенсоры, существующие сейчас на рынке, не селективны, они не различают газы, под каждый нужен свой чип, – объясняет она. – Наша разработка позволяет одномоментно определять 10 – 15 газов, все дело в математической обработке сигналов от сенсора и в том, как его обучить». Причем мультисенсор не только интеллектуальный – сам сортирует входящие газы, но и высокочувствительный – он в состоянии обнаружить даже очень низкие концентрации примесей.
Как отмечают разработчики, такой анализатор позволит упростить и ускорить процедуру, также он будет недорогим в производстве. Удивительно, но этот чип весит всего пять граммов. Его можно использовать для проведения экологического надзора или для контроля состояния воздуха в помещениях на производствах. У него есть перспективы и в медицинской сфере – например, для диагностики заболеваний дыхательных путей, желудочно-кишечного тракта и сахарного диабета.
«Мультисенсорный чип может проводить анализ выдыхаемого человеком воздуха и определять газы, которые служат маркерами заболеваний, – говорит Светлана Налимова. – Но в выдыхаемом воздухе зачастую много влаги, которая влияет на сигнал, и поэтому можно не увидеть конкретного маркера. Это одна из самых сложных областей применения чипа-газоанализатора, но и самое перспективное поле для исследований». Пока медицинское использование чипа – дело будущего, требующее дальнейшей научной работы, отмечает она.
Дело коллективное
Газоаналитический мультисенсорный чип – это результат работы большой научной группы, исследования всегда проводятся совместными усилиями и профессоров, и аспирантов, и студентов, подчеркивает Светлана Налимова. Свои научные изыскания она тоже когда-то начинала, будучи студенткой ЛЭТИ. В семнадцать лет, окончив школу с серебряной медалью, Первый электротехнический она выбрала вполне осознанно. Здесь ее любимые школьные предметы – физика и химия – оказались «в одном флаконе». Светлана Сергеевна защитила кандидатскую диссертацию и уже девять лет преподает в своей альма-матер. «Я занимаюсь междисциплинарными исследованиями, на стыке наук – это то, что мне было близко всегда, – говорит она. – Еще будучи студенткой, я встретила в университете увлеченных преподавателей, с которыми всегда интересно и комфортно работать, ведь наука – дело коллективное».
Основой для разработки чипа стали более ранние научные открытия кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Три года назад под руководством профессора кафедры Вячеслава Мошникова был изобретен материал с наностержнями, который обладает очень высокой газочувствительностью. В 2018 году патент на это изобретение был признан одним из лучших в РФ.
Именно этот уникальный наноматериал и стал основой для создания «электронного носа». Математические алгоритмы обработки сигналов от сенсоров и программы их обучения разработали саратовские ученые под руководством профессора Виктора Сысоева. Петербургский ЛЭТИ и «гагаринский» Технический университет с Поволжья сотрудничают уже более десяти лет. Ученые уверены, что мультисенсорный чип-газоанализатор вскоре найдет широкое применение не только в экологии, но и в медицине.
Светлана КОРОБЕЙНИКОВА, фото предоставлено СПбГЭТУ «ЛЭТИ»
