Всім відома лакмусовий папірець - подивився на колір і все ясно - в розчині кислота. Але чи можна зробити щось настільки ж просте у використанні, щоб миттєво виявляти силу-силенну різних речовин або навіть мікроби?

Британська компанія "Розумні голограми" (Smart Holograms), заснована в 2002 році професором Крісом Лоу (Chris Lowe) з університету Кембриджу (University of Cambridge), пропонує однойменну технологію, яка, за задумом розробників, переверне наші уявлення про складність і тривалість лабораторних медичних тестів.

Уявіть найтоншу (10 мікронів) полімерну плівку з малюнком, який змінює свою форму або колір в залежності від вмісту цукру в крові або від наявності специфічних ферментів у біологічному зразку, або від дії продуктів обміну речовин, типових для тієї чи іншої хвороби.

Датчики, побудовані на основі таких голограм, можуть істотно спростити діагностику захворювань або самостійний контроль хворих за своїм станом, або перевірку їжі на безпеку і так далі.

Полімери, розроблені вченими в рамках цієї технології, "програмуються" на відгук на строго певні речовини.


Приклад складної голограми, яка змінює колір у залежності від присутності тих чи інших речовин (ілюстрація з сайту smartholograms.com).
При цьому відгук викликає зміни в голограмі, що міститься в товщі цього полімеру - змінюється її яскравість, або геометрія зображення, або довжина хвилі світла, що проходить.

Підхід унікальний (в області різних хімічних датчиків), так як "Розумна голограма" по суті об'єднує в собі два процеси, раніше вимагали роздільних кроків: власне, виявлення специфічної речовини, а також перетворення цього факту "я тебе піймав" в якусь просту форму " повідомлення ", зрозумілого людині.

Тобто, ніякого специфічного аналізу самої голограми в більшості випадків не потрібно. Якщо мова йде про грубе якісному аналізі ("є-ні", "низький рівень - високий рівень") - голограму можна "прочитати" простим оком.

А якщо будуть потрібні більш точні вимірювання, потрібно буде застосувати датчик довжини хвилі (спектрометр), що також не представляє особливої ??складності.


Схема створення "Розумну голограми" (ілюстрація з сайту smartholograms.com).

Як же створюють таку голограму? Автори, до речі, називають її голограмою типу Denisyuk, і відзначають, що за своєю будовою вона відрізняється від звичних нам голограм, наприклад, тих, що зустрічаються в кредитних картках.

Лазерний промінь зі строго розрахованій довжиною хвилі проходить через похиле дзеркало і потрапляє на прозору пластину (фотоемульсія, спеціальний полімер, скляна підкладка, яку потім видалять), занурену в розчин нітрату або перхлорату срібла.

На дні кювети є ще одне дзеркало, яке повертає промінь вгору.

Накладення хвиль прямих і відбитих створює інтерференційну картину на платівці, відповідно до якої (з рівнями яскравості) відбувається фотохімічна реакція, і найдрібніші частинки срібла (розміром не більше 25 нанометрів) концентруються всередині полімеру у вигляді вузьких смужок.


Фотографія з електронного мікроскопа: зразок інтерференційних смуг, матеріалізованих в" гратам "з наночастинок срібла (ілюстрація з сайту smartholograms.com).
Тепер якщо через плівку пропустити білий світ (або використовувати відбитий промінь), дифракційна решітка зі срібла викличе характерну забарвлення відображення.

"Фішка" в тому, що полімер, використаний у тому чи іншому датчику, реагує зі своїм цільовим речовиною в досліджуваному зразку так, що фізично змінює свої розміри (поглинаючи молекули реагенту і вбудовуючи їх у свої ланцюга).

І нехай він міняє довжину на якісь мікрони. Але це викликає зміни кроку решітки.

Або, в інших випадках, полімер змінює свій коефіцієнт заломлення.

Так чи інакше, це змінює пік частоти хвилі світла, яка відчуває дифракцію саме на цій решітці. Що змінює колір датчика або геометрію картинки на голограмі, або її положення.

Технологія дозволяє створювати складні датчики, здатні одночасно виявляти кілька речовин. В залежності від принципу роботи обраного в кожному конкретному випадку полімеру - можна створювати оборотні чи необоротні (одноразові) датчики.

Ось деякі речовини і фактори, просто присутність яких у пробному зразку, або навіть їх концентрацію, можна виявити (або виміряти) за допомогою "Розумних голограм": pH-фактор, іони металів, сульфіди, карбонати, глюкоза, лактати, пеніцилін, глютамін, сечовина, амілаза, протеаза, оксидаза, певні клітини, кисень, вуглекислий газ, оксид азоту.

Також можна налаштувати голограми на високу чутливість до коливань температури або вологості.


PathoTester - прилад зі змінними нанокартріджамі, що працює за технологією Smart Holograms і виявляє в пробі хвороботворні мікроби (фото з сайту smartholograms.com).
Відповідно, підбираючи матеріали, які будуть реагувати на ті чи інші речовини (фактори середовища), можна "програмувати" голограми на відгук у відповідь на певну хворобу або на присутність хвороботворних мікробів у зразку їжі, або на певні проблеми з обміном речовин у людини.

Цікаво, що сама ж компанія займається і розробкою кишенькових приладів, здатних детально розшифровувати свідчення різноманітних датчиків-голограм, які закладаються в них як змінні картриджі.

А в перспективі, кажуть вчені, можна буде створювати цілу гаму споживчих товарів з вбудованими аналітичними можливостями, наприклад - контактних лінз, відблиск яких змінює колір залежно від рівня цукру в крові.

А ще ... Ну, ви легко можете уявити самі.
Статьяполучена: Membrana.ru

Детальніше »