Hybrydowe nanourządzenia do detekcji jonów
Globalny niedobór wody powoduje wzrost zapotrzebowania na tanie i szybkie technologie wykrywania zanieczyszczeń. W diagnostyce klinicznej potrzebne są innowacyjne, tanie technologie analizy elektrolitów umożliwiające szybkie wykrywanie określonych chorób na oddziałach intensywnej opieki. Aby odpowiedzieć na to zapotrzebowanie, w ramach projektu "Hybrid molecule-nanocrystal assemblies for photonic and electronic sensing applications" (HYSENS) wykorzystano organiczne cząsteczki funkcjonalne i nieorganiczne nanokryształy do stworzenia nowych inteligentnych materiałów umożliwiających dokładną detekcję jonów w wodzie i sztucznych matrycach osocza. Projekt okazał się ogromnym sukcesem, czego dowodem są 3 wnioski patentowe, 38 publikacji w czasopismach naukowych oraz 5 prac doktorskich. Dokładniejsza, szybka i niedroga detekcja ważnych jonów powinna przydać się w tak różnych sektorach, jak diagnostyka w miejscu leczenia i domowa czy badania laboratoryjne i środowiskowe. Stworzono organiczne ligandy pełniące rolę grup kotwiczących, które wiążą nieorganiczne nanokryształy, oraz grup funkcjonalnych, które tworzą selektywne kompleksy z jonami. Tworzenie się tych kompleksów (wykrywających jony) dawało odczyt optyczny lub elektryczny, przetwarzany przez nieorganiczne nanokryształy. Stworzono i opisano cztery różne klasy hybrydowych struktur organiczno-nieorganicznych. Partnerzy uzyskali detekcję optyczną w wodzie i osoczu. Detekcja luminescencyjna wykazywała wysokie powinowactwo z jonami metali ciążkich, takich jak ołów (Pb2+) i miedź (Cu2+) przy limicie detekcji (LOD) odpowiednio poniżej 10 oraz 1 mikrograma na litr. Zespół wybrał także sód (Na+) o LOD w zakresie kilku miligramów na litr. Detekcja oparta na zmianach intensywności rozpraszania nanocząsteczek nieorganicznych wykazała dużą czułość w zakresie miedzi (Hg2+) i Cu2+. Zespół zbudował czujnik optyczny z wbudowanym czytnikiem optycznym do wykrywania fluorescencji i rozpraszania. Czujniki elektryczne również okazały się skuteczne. Elektrochemiczną detekcję potasu (K+) w zakresie milimolowym uzyskano przy pomocy selektywnych jonowo organicznych tranzystorów elektrochemicznych. Wykorzystano tranzystory polowe (FET) z nanoprzewodów krzemowych do detekcji Na+ przy LOD wynoszącym 100 mikrogramów na litr. FET z nanoprzewodów krzemowych wbudowane w mikrocieczowe ogniwa przepływowe umożliwiły detekcję wieloskładnikowego Na+ i fluoru (F–) zarówno w wodzie, jak i osoczu. Badania z zakresu hybrydowych systemów organiczno-nieorganicznych są obecnie prowadzone głównie w Stanach Zjednoczonych. Pojawiła się również rosnąca konkurencja ze strony krajów azjatyckich. Projekt HYSENS pomoże umocnić pozycję Europy na tym rynku, a w dalszej perspektywie, przyniesie ważne korzyści w dziedzinie ochrony zdrowia i środowiska.
Słowa kluczowe
Nanourządzenia hybrydowe, detekcja jonów, zespoły nanokryształów, fotoniczne, detekcja elektroniczna
