Они токсичны, когда накапливаются в организме человека, и могут вызвать ряд проблем со здоровьем, но для их обнаружения в жидкостях организма требуется дорогостоящее оборудование и лаборатория. Исследователи из Университета Сан-Паулу (USP) в Бразилии разработали портативный датчик из простых материалов для обнаружения тяжелых металлов в поте.

Исследование проводилось при поддержке FAPESP при участии групп из Институтов физики и химии Сан-Карлоса, а также сотрудников из Мюнхенского университета в Германии и Технологического университета Чалмерса в Швеции.

Результаты исследования опубликованы в журнале Chemosensors.

Мы получаем важную информацию о здоровье человека, измеряя уровень содержания в его организме тяжелых металлов. Высокие уровни кадмия могут привести к фатальным проблемам в дыхательных путях, печени и почках.

Отравление свинцом повреждает центральную нервную систему и вызывает раздражительность, когнитивные нарушения, усталость, бесплодие, высокое кровяное давление у взрослых и задержку роста и развития у детей, — говорит Пауло Аугусто Раймундо Перейра, последний автор статьи и научный сотрудник института.

Тяжелые металлы выводятся из организма в основном с потом и мочой, и анализ этих биожидкостей является ключевой частью и токсикологических тестов, и лечения.

Миру нужны гибкие датчики, которые можно легко, дешево и быстро производить серийно. Например, такие как наше устройство — для обнаружения на месте, непрерывного мониторинга и децентрализованного анализа опасных соединений, — сказал Перейра.

В отличие от других стандартизированных тестов для обнаружения тяжелых металлов в биологических жидкостях, датчик прост с точки зрения материалов, используемых для его изготовления, и этапов производства.

Основа устройства — полиэтилентерефталат [ПЭТ], поверх него — проводящая гибкая медная клейкая лента, этикетка типа той, что можно купить в канцелярском магазине, с напечатанным на ней датчиком, и защитный слой лака для ногтей или спрея.

Незащищенная медь снимается путем погружения в раствор хлорида железа на 20 минут с последующей промывкой в дистиллированной воде, чтобы способствовать необходимой коррозии. Все это обеспечивает скорость, масштабируемость, низкую мощность и низкую стоимость, — сказал Робсон Р. да Сильва, исследователь из Технологического университета Чалмерса в Швеции и соавтор статьи.

Устройство подключается к потенциостату — портативному прибору, который определяет концентрацию каждого металла путем измерения разности потенциалов и тока между электродами. Результат отображается на компьютере или смартфоне с помощью соответствующего приложения.

Система достаточно проста, чтобы ее могли использовать неспециалисты без подготовки, а также технические специалисты в больницах, клиниках и врачебных кабинетах. Устройство также можно использовать в нескольких типах ситуаций, связанных с управлением окружающей средой.

Артезианские скважины, например, требуют постоянного мониторинга для анализа качества воды. Наш датчик может быть чрезвычайно полезен в таких случаях, — заметил Андерсон М.-де Кампос, первый автор статьи и научный сотрудник Мюнхенского университета в Германии.

Доработки и возможный патент

Эффективность датчика в обнаружении свинца и кадмия оценивали в ходе испытаний с использованием искусственного пота, полученного в идеальных экспериментальных условиях. Прежде чем устройство будет запатентовано, потребуется его адаптация.

Пока изобретение не было доработано, мы не нашли сообщений об использовании гибких медных сенсоров для обнаружения токсичных металлов в поте, но поиск с опережением наверняка обнаружит что-то подобное, что потенциально может заблокировать патентную заявку, — говорит Марсело Л. Калегаро, другой соавтор статьи и научный сотрудник института.

Чтобы избежать этой проблемы, он работает над усовершенствованиями и дополнительными приложениями. Одна из идей предполагает замену стадии коррозии, в результате которой образуются отходы, стадией резки на машине для производства бумаги. И еще один вариант — использовать устройство для обнаружения пестицидов в воде и пище.