Российские ученые вместе с коллегами из Испании создали новый вариант конструкции сенсорных устройств, известных как «электронные языки». Их особенность заключается в применении одноразовых металлических электродов, покрытых тонким слоем пористых металлоорганических структур. Разработки показали достойные результаты в тестах на определение сортов чая, что позволяет рассматривать их как экономичную замену дорогим лабораторным установкам для проведения медицинских исследований, экологического мониторинга и оценки качества пищевых продуктов, говорится на официальном сайте Десятилетия науки и технологий в России.

Жидкости организма, напитки и продукты содержат большое число разнородных компонентов. Традиционно для идентификации каждого конкретного компонента требуется дорогостоящее аналитическое оборудование. Но зачастую бывает достаточно выяснить принадлежность образца к определенной группе веществ. Такие анализы выполняются с использованием приборов класса «электронные языки».

Стандартная схема «электронного языка» предполагает использование нескольких различных электродов — проводников электрического тока. При помещении датчика в жидкость и подаче напряжения каждый электрод генерирует уникальный отклик, отражающий присутствие определенных химических соединений. Поскольку растворы часто включают многочисленные компоненты, возникающие отклики сложны и трудноинтерпретируемы. Поэтому обработка сигналов требует методов машинного обучения.

Ученые из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН и Университета Барселоны решили проблему путем создания одноразовых датчиков, электроды которых покрыты пленкой из металлоорганических каркасов. Эти структуры состоят из ионов металлов (например, цинка, меди, никеля, железа), соединенных органическими молекулами, формирующими пористые матрицы. Такая структура обеспечивает избирательное взаимодействие электродов с определенными классами молекул, что значительно упрощает обработку сигнала.

Эксперты изготовили и испытали 93 одноразовых «электронных языка», проверив их способность отличать различные виды чая. Несмотря на кажущуюся простоту чая, его химический состав крайне многообразен. Исследования проводились путем замера электрических откликов от чашек одинаково приготовленного напитка разного вида с последующей обработкой результатов нейросетью.

Модель, построенная на основании полученных экспериментальных данных, научилась классифицировать чай с точностью до 76%. Эффективность уступает некоторым коммерческим аналогам, тем не менее новые датчики имеют значительные преимущества: они просты в изготовлении, дешевы и предназначены для одноразового использования. Все это делает их востребованными в ситуациях, когда применение сложных лабораторных установок невозможно или экономически неоправданно.

Ранее российские ученые создали «температурный» детектор. Подробнее о нем рассказали в другом материале Hi-Tech Mail.