Исследователи из Университета Цинциннати разработали сенсор, позволяющий быстро проводить качественное и количественное определение содержания тяжелых металлов, в особенности – марганца – в организме человека.

Исследователям удалось разработать дешевый одноразовый и компактный сенсор, позволяющий определять тяжелые металлы, характеризующиеся высокой электроотрицательностью, со скоростью, большей, чем доступна существующим в настоящее время методиками, применяющимися в здравоохранении.

Предполагается, что новая сенсорная технология сможет найти применение в диагностических устройствах, позволяющих определять содержание тяжелых металлов за минуты.

Ожидается, что новый сенсор найдет широкое применение в клинических, исследовательских и бытовых исследованиях – например, тестирование качества детского питания.

Новый сенсор представляет меньшую угрозу для экологии – его рабочий электрод изготовлен не из ртути, а из висмута, для анализа с помощью нового сенсора требуется одна-две капли крови, в то время, как для анализа с помощью обычных систем объем образца должен составлять 5 миллилитров.

Один из авторов исследования, Ян Папаутски (Ian Papautsky), заявляет, что, например, обычные методы для определения содержания марганца в крови требуют около 5 мл крови и 48-часового анализа в лабораторных условиях. В то же самое время в целях мониторинга здоровья пациента требуется значительно более быстрое определение содержания этого и других металлов в крови, особенно экспрессность такого анализа важна для людей, работа которых связана с риском повышенного контакта с тяжелыми металлами.

Новый сенсор, разработанный исследователями из Цинциннати, опирается на технологию анодной ленточной вольтамперометрии (anodic stripping voltammetry), для его работы требуется три электрода – рабочий электрод, электрод сравнения и дополнительный электрод. Из-за того, что ионы металлов с высокой электроотрицательностью вступают в гидролитическую реакцию с водой, в результате чего могут образоваться нерастворимые в воде и не способные к диссоциации частицы, система электродов не всегда может определить содержание марганца и подобных ему металлов в аналите с требуемой точностью.

Для решения этой проблемы исследователи заменили обычный рабочий ртутный электрод тонкопленочным электродом из висмута.

Производительность рабочего электрода из висмута и его относительная экологическая безопасность позволяет говорить о том, что новый сенсор будет особенно привлекателен для одноразовых компактных систем анализа.

Помимо замены ртутного электрода на электрод из висмута исследователи изменили и саму принципиальную схему устройства сенсора, что еще раз позволило понизить эффект интерференции анализа, связанный с гидролизом, увеличив чувствительность и надежность определения ионов тяжелых металлов. Исследователи полагают, что в будущем работа над сенсором позволит превратить его в устройство для индивидуальной диагностики, подобное персональным глюкометрам, использующимся для мониторинга содержания сахара в крови у страдающих диабетом.