Алкотестеры — привычный инструмент для измерения уровня этанола в выдыхаемом воздухе, который показывает степень опьянения. Но есть проблема: если в алкоголе содержится метанол (его еще называют древесным спиртом), это трудно определить, а он крайне опасен. Ученые создали прототип датчика, который быстро выявляет даже небольшие дозы метанола в дыхании. Это первый шаг к разработке «метанолового алкотестера» — устройства, которое сможет оперативно диагностировать отравление.

Результаты опубликованы в издании ACS Sensors.

Метанол и этанол похожи по структуре, но действуют на организм по-разному. Этанол — это то, из-за чего вино, пиво и крепкий алкоголь вызывают опьянение. Он приводит к тошноте, головокружению и временным нарушениям работы нервной системы. А вот метанол даже в малых дозах может вызвать слепоту, судороги и смерть. Его часто добавляют в поддельный алкоголь, чтобы снизить себестоимость. Особенно это было распространено во времена суррогатного самогоноварения, но и сейчас в бедных странах люди продолжают гибнуть из-за отравленного спиртного.

Обычно для диагностики отравления метанолом берут анализ крови, но это дорого и сложно. Команда Душана Лосича решила сделать простой и надежный датчик, который бы определял метанол в дыхании.

Ученые разработали особый токопроводящий состав на основе графена и металлоорганического каркаса (МОК) с цирконием. Этот «чернила» напечатали на керамической подложке, создав сенсор. Затем с помощью установки имитировали выдох человека, смешивая сухой и влажный воздух с метанолом, и пропускали его через датчик.

Металлоорганический каркас (МОК) — это материал, состоящий из ионов металла, связанных органическими молекулами. Он похож на губку с микроскопическими порами, которые могут захватывать определенные вещества. В этом исследовании МОК на основе циркония помогает «ловить» молекулы метанола, а графен усиливает электрический сигнал, чтобы датчик мог их обнаружить.

Прототип смог уловить метанол в концентрации от 50 частей на миллиард — это даже ниже уровня, который бывает при отравлении. Проблема была только в том, что датчик путал метанол с этанолом. Чтобы решить эту задачу, ученые применили машинное обучение: алгоритм научился различать оба вещества, даже если они присутствуют в воздухе одновременно.

Пока это только первый шаг. Датчику еще нужно доработать, чтобы он работал при высокой влажности выдыхаемого воздуха. Но если все получится, у врачей появится простой и дешевый способ спасать жизни.

Главная ценность этой разработки — в ее практическом применении. Метаноловые отравления чаще всего случаются в странах с низким уровнем дохода, где люди пьют дешевый суррогатный алкоголь. Лабораторные анализы там часто недоступны, а счет идет на часы — чем быстрее выявить отравление, тем выше шансы спасти человека.

Такой датчик можно интегрировать в портативные устройства для скорой помощи, полиции или даже в бытовые алкотестеры. Это резко снизит смертность от поддельного алкоголя. Кроме того, технология может пригодиться на производствах, где рабочие контактируют с метанолом — например, в химической промышленности.

Основная слабость исследования — проблема с перекрестной чувствительностью. Даже с машинным обучением датчик может ошибаться, особенно если в выдохе много паров этанола (например, у человека в состоянии сильного опьянения). Также неясно, как поведет себя сенсор при наличии других летучих соединений — ацетона, изопропанола, которые бывают в дыхании при некоторых заболеваниях.

Ранее ученые открыли способ улучшения катализатора для получения метанола.