Клетки, находящиеся под воздействием стресса, «сбрасывают пар», выпуская небольшие количества окислов азота или других токсичных газов.

В одной из недавних публикаций (R. Artzi-Gerlitz, K. Benkstein, D. Lahr, J. Hertz, C. Montgomery, J. Bonevich, S. Semancik, M. Tarlov. Fabrication and gas sensing performance of parallel assemblies of metal oxide nanotubes supported by porous aluminum oxide membranes. Sensors and Actuators B: Chemical. Available online Nov. 11, 2008) специалисты Национального Института Стандартов и Технологии США (NIST) описали новый метод изготовления сенсоров газа с такой высокой чувствительностью, что они могут быть использованы для регистрации крошечных выделений от одиночной клетки, что позволит определить имеет ли место вредное воздействие на клетку или каким образом клетки взаимодействуют друг с другом.

Исследователи NIST разработали новый метод формования нанотрубок для использования в датчиках газа. (Изображение: R. Artzi-Gerlitz, NIST)

Чувствительность новых детекторов, основу которых составляют нанотрубки оксидов некоторых металлов, в сотни раз превышает чувствительность существующих тонкопленочных сенсоров; более того, новый тип датчиков способен одновременно реагировать на несколько видов газовых составляющих.

Чувствительные детекторы газа часто основаны на измерении очень малых изменений электрического тока, проходящего через поверхностный слой приемника, изменения которого зависят от количества молекул газа, осевших на этой поверхности. В таких случаях, чем больше площадь поверхности соприкасающейся с газом, тем более высокую чувствительность имеет детектор. Ученые очень заинтересованы в разработке газовых детекторов на нанотрубках потому, что последние, имея очень тонкие стенки, имеют огромную площадь поверхности.

Однако, несмотря на то, что уже давно было показано, что нанотрубки хороши для использования в газовых сенсорах, тем не менее проблемы, связанные со сложностью, низкой повторяемостью и длительностью процесса их производства, долгое время сдерживали разработку устройств, основанных на их объемном применении. Прежние устройства детектирования, в которых используются нанотрубки, обычно включают в себя некоторое количество отдельных нанотрубок, случайным образом рассеянных на поверхности с предварительно сформированными электрическими контактами или электрическими контактами, наложенными на диспергированные нанотрубки. Оба метода вполне функциональны и хорошо себя показали. Однако, и в том и в другом случае исследователи не имеют точной информации о точном месте происходящей на подложке химической реакции. С использованием подобных методов невозможно осуществить одновременные измерения, и устройства, использующие их не достигают чувствительности, возможной при использовании нанотрубок.

В попытках преодоления недостатков существующих методов исследовательская группа NIST разработала иную конструкцию газового сенсора, применив тонкую пленку оксида алюминия (толщиной порядка толщины человеческого волоса), перфорированного миллионами отверстий диаметром порядка 200 нм для выращивания нанотрубок. Далее, используя нанопоры в качестве шаблона, пленку оксида алюминия погружали в водный раствор ионов вольфрама. При этом поры осуществляют «отливку» нанотрубок из ионов вольфрама, которые обволакивают внутренние стенки пор. По окончании формирования нанотрубок на верхнюю и нижнюю поверхности мембраны из оксида алюминия наносили тончайшие пленки золота, которые служили электродами.

Исключительно высокая чувствительность сенсора определяется его архитектурой, которая гарантирует, что любой сигнал, генерируемый сенсором, является результатом воздействия газа на внутренние поверхности нанотрубок. Разработчики также подчеркивают, что данная технология может быть адаптирована и использована для формирования нанотрубок с открытыми свободными концами из других полупроводников или окислов металлов.

Схема сенсора NIST на нанотрубках оксида вольфрама

Евгений Биргер