Ученые СПбГУ упростили создание оптических датчиков для анализа жидкостей

Ионоселективные оптоды — это полимерные оптические датчики, которые определяют концентрацию ионов в растворах по изменению цвета специального красителя (хромоионофора). Благодаря простоте использования, возможности уменьшения и легкой расшифровке сигнала они широко применяются в аналитической химии. Например, их используют для контроля качества воды, анализа крови и других биологических жидкостей, мониторинга промышленных процессов и экологических исследований.

Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Sensors and Actuators B: Chemical.

Главное преимущество таких сенсоров — высокая чувствительность, избирательность к определенным ионам и стабильность работы, что позволяет быстро получать точные данные. Существующие подходы к созданию сенсоров предполагают введение длинных алкильных заместителей в молекулы индикаторов. Это позволяет повысить их эффективность, но делает синтез и очистку продуктов трудоемкими и дорогостоящими. Химики Санкт‑Петербургского университета разработали новый подход к синтезу таких соединений.

Мы предложили соединять водорастворимые красители, меняющие цвет в зависимости от кислотности среды, с гидрофобными алкиламмониевыми солями. Так они образуют устойчивые ионные пары, что позволяет использовать эти красители в многоразовых полимерных датчиках. Широкий спектр доступных составляющих для таких ионных пар позволяет легко регулировать физико‑химические свойства полученных соединений и значительно упрощает процесс синтеза, снижая затраты и повышая доступность хромоионофоров с регулируемой кислотностью.

Доцент кафедры физической химии СПбГУ Мария Пешкова

В ходе исследования ученые также выявили важные закономерности — например, доказывающие, что свойства индикатора зависят от типа исходного красителя и противоиона. Чем ниже гидрофильность составляющих ионной пары, тем стабильнее работает датчик в измеряемых образцах.

Еще одно преимущество разработки СПбГУ состоит в том, что созданные датчики практически не реагируют на посторонние соли в растворе, что позволяет использовать их даже в сложных средах — природных водах, крови, промышленных стоках. Кроме того, меняя кислотность индикатора, можно настраивать чувствительность датчика под конкретные задачи.

Работа выполнена в рамках гранта РНФ «Разработка и экспериментальная апробация безградуировочных оптических сенсоров, потенциально применимых для ранней экспресс‑диагностики муковисцидоза».

Санкт‑Петербургский университет уже несколько лет подряд является одним из лидеров по количеству грантов Российского научного фонда. В 2022 году ученые СПбГУ получили 112 грантов — это 5,5 % от общего числа победивших проектов и наибольшее число грантов для одной организации. При этом 25 % поддержанных проектов выполняются под руководством молодых исследователей. В 2023 году Университет сохранил лидерство в данном конкурсе РНФ: ученые СПбГУ получили 70 грантов, это 5 % от общего числа победивших проектов. От Санкт‑Петербургского университета на конкурс 2023 года было подано 214 заявок, и практически каждая третья из них получила поддержку.

Тестирование новых сенсоров было проведено в прибрежных водах Черного моря во время ноябрьской химической смены в образовательном центре «Сириус». В отличие от обычных оптических сенсоров, которые реагируют на посторонние ионы, новые разработки дают более точные результаты в реальных условиях.