Анализатор воздуха по мотивам бабочки стоит 12 центов и работает без электричества
Ученые из Технического института физики и химии Китайской академии наук представили устройство для отбора проб воздуха, которое работает без насоса и внешнего питания. Одноразовый модуль стоит всего 12 центов. Технология получила название FACE — Film-Rupture Actuated Capillary Enrichment, а статья о ней опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences. Об этом сообщает портал Phys.org.
Идею подсказала бабочка. С помощью рентгеновской съемки исследователи выяснили, что свернутый хоботок насекомого удерживает тонкую пленку жидкости. Когда пленка истончается до критического состояния, она разрывается, а энергия поверхностного натяжения мгновенно проталкивает жидкость в трубку. Этот процесс занимает миллисекунды и не требует мышц.
Разработчики воспроизвели механизм в миниатюрном устройстве, напечатанном на 3D-принтере размером с монету. Внутри находится кольцевая пленка, соединенная с капиллярными каналами. Она захватывает из воздуха загрязняющие газы, частицы пестицидов и капли с вирусами. Когда тест-полоску подносят к устройству, пленка разрывается, и собранная жидкость попадает в зону детекции. Никакого электричества не нужно.
FACE работает даже в сильном воздушном потоке, поэтому его можно устанавливать на сельскохозяйственные дроны для сбора остатков пестицидов над полями. Также устройство способно улавливать биоаэрозоли из выдыхаемого воздуха — его можно размещать прямо у лица человека для быстрого неконтактного тестирования. В экспериментах с белком SARS-CoV-2 чувствительность FACE оказалась в 100 раз выше, чем у обычных насосных анализаторов.
Традиционные системы теряют материал в трубках и при пробоподготовке, а FACE совмещает сбор, пробоподготовку и детекцию в одном процессе. Эффективность сбора и восстановления приблизилась к 100%, а коэффициент разбавления составил всего 1,14. Это снижает потери и повышает точность.
По мнению исследователей, технология открывает новый подход к мониторингу воздуха. Она не требует электричества и специальных навыков, что делает ее особенно ценной в удаленных и малообеспеченных регионах. В перспективе FACE можно использовать для скрининга респираторных заболеваний, контроля окружающей среды и сельскохозяйственной безопасности.
