Ученые СПбГУ создали простой спектрофотометр на основе 3D-печатной люминесцирующей кюветы

Химики Санкт-Петербургского государственного университета разработали «спектрофотометр в кювете» — компактное устройство для количественного анализа образцов. Кювета служит одновременно емкостью и источником света: прибор изготовили с помощью 3D-печати, модифицировав полимер люминесцентной добавкой.

При таком подходе для быстрого определения содержания вещества в растворе помимо кюветы потребуются только фонарик и камера телефона. Подход уже показал свою эффективность при анализе модельных и реальных образцов, сообщает пресс-служба вуза.

Главное преимущество 3D-печати — возможность быстро и недорого создавать штучные объекты с заданными свойствами, что активно используют ученые-исследователи. Например, в экспериментах часто возникает потребность в создании деталей особенной формы или из нестандартных материалов, отсутствующих в продаже. В этом случае деталь сама становится источником излучения в заданном диапазоне, поскольку подсветка уже встроена в материал.

Химики СПбГУ совместно с учеными Университета «ИТМО» напечатали кювету для спектрофотометра — одного из наиболее популярных приборов для определения содержания химических веществ. Принцип работы устройства довольно прост: через образец пропускают свет и фиксируют, насколько изменилась интенсивность излучения в зависимости от концентрации вещества.

«Мы взяли самый подходящий для печати в лабораторных условиях полимер полиэтилентерефталатгликоль (PETG): он водостойкий, прозрачный и химически устойчивый. Добавили в него люминесцентные комплексы европия. Из получившихся полимерных волокон мы напечатали кювету, которая сочетает две функции — ее дно излучает свет на нужной нам длине волны, а в саму кювету помещается образец для анализа. В классическом спектрофотометре эти элементы разделены. Таким образом, для определения содержания интересующего нас вещества в смеси достаточно дешевого фонарика, напечатанной кюветы и камеры телефона. Мы фотографируем кювету и после обработки в программном обеспечении ImageJ получаем цветовой RGB-профиль. Окраска пикселей связана с концентрацией исследуемого вещества», — пояснила старшая научная сотрудница кафедры аналитической химии СПбГУ Екатерина Бойченко.

Ученые СПбГУ уже применили разработанный подход для определения концентрации кобальта в смеси с другими ионами и аскорбиновой кислотой в присутствии глюкозы. Разработка простых аналитических устройств особенно актуальна для получения информации в режиме реального времени, поскольку классический лабораторный анализ, при котором необходимо производить отбор образцов и ждать результаты, уже не покрывает все нужды современных производств и медицинских учреждений. Зачастую для принятия решений необходимо очень быстрое получение данных, поэтому компактные и дешевые устройства, способные быстро показывать результат, крайне востребованы.

С помощью предложенной технологии можно не только проводить количественный анализ многокомпонентных образцов, сочетая полимерные волокна со свечением на разных длинах волн, но и печатать детали с люминесцирующими участками. Например, микрожидкостные чипы с люминесцирующими каналами могут быть востребованы в качестве систем для диагностики вирусов, в том числе коронавирусов. Ученые СПбГУ планируют продолжать эксперименты и напечатать несколько кювет с добавлением других комплексов в полимерные волокна для анализа биологических образцов.

Исследование выполнено в рамках проекта «Сочетание методов спектрального анализа и машинного обучения для малоинвазивной диагностики и контроля лечения заболеваний мочеполовой системы» при грантовой поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Polymer Engineering & Science.

А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.