Инженеры Массачусетского технологического института создали простые, компактные и потенциально очень дешевые детекторы концентрации этилена - газообразного гормона спелости фруктов. Основой прибора стали специальным образом обработанные углеродные нанотрубки. Работа опубликована в журнале Angewandte Chemie, ее краткое описание можно прочитать на сайте института.
Сенсор представлял собой прибор, измеряющий сопротивление тока, который проходит через сеть углеродных нанотрубок. На подложку между двумя позолоченными электродами инженеры нанесли каплю взвеси углеродных нанотрубок, при этом они были обработаны таким образом, чтобы их сопротивление зависело от концентрации в воздухе этилена. Этилен - довольно инертное и очень простое органическое соединение с двойной связью CH2=CH2. Чтобы сделать нанотрубки чувствительными к его концентрации, ученые использовали сродство этилена к ионами меди. На нанотрубки был нанесен комплекс органического комплексообразователя и меди, которая, находясь в этом соединении, могла прочно связывать этилен.
Углеродные нанотрубки очень чутко реагируют на присоединение к ним посторонних примесей. Проводимость нанотрубок сильно падала при адгезии на них комплексов меди, но когда к комплексам присоединялся еще и этилен, сопротивление вырастало еще сильнее. Это дополнительное сопротивление фиксировал созданный инженерами датчик.
Прибор оказался весьма чувствительным к относительно инертному газу. Дополнительно усилить чувствительность прибора ученым удалось, добавляя небольшое количество полистирола в смесь нанотрубок. Это делало ее более рыхлой, и поэтому повышало вероятность связывания молекул газа. В итоге прибор оказался способен обнаруживать 0,5-1 молекул этилена на миллион молекул воздуха (0,00005 процента). Концентрация газа в фруктах при этом обычно составляет около 0,1-1 частиц на миллион.
Созданный инженерами прибор поможет контролировать созревание плодов так, чтобы в процессе перевозки они не переспели и не испортились. Разработчики планируют соединить сенсор с бесконтактно считываемой меткой (RFID), и утверждают, что стоимость такого сенсора не превысит одного доллара.
Этилен вырабатывается растениями при созревании плодов, старении цветов, опадании листьев. При созревании фруктов выработка гормона является самоускоряющимся процессом, так как ткани растения, реагируя на повышенную концентрацию газа, сами начинают вырабатывать этилен. Некоторые производители специально обрабатывают фрукты этим газом для ускорения созревания.