Исследователями Национального института стандартов и технологии США (NIST) предложен новый метод изготовления газовых наносенсоров со сверхвысокой чувствительностью. Nanowerk указывает на возможность использования новых сенсоров для определения состава газов, выделяемых в ответ на внешнее воздействие одиночной клеткой — например, для обнаружения окиси азота (NO) или активных форм кислорода (ионов, свободных радикалов и т.п.). Дело в том, что выделение этих газов (в больших количествах токсичных для организма) является признаком работы клеточных механизмов, включающихся в неблагоприятных условиях. Так, окись азота широко известна в качестве сосудорасширяющего фактора, выделяющегося в ответ на действие стрессовых гормонов, а кислород в активных формах — как средство запуска иммунной системы. Исследователи NIST надеются, что их сенсор позволит выяснить, повреждают ли клетки различные наночастицы и лекарственные препараты.

Работа газовых сенсоров чаще всего основана на регистрации малых изменений электрического тока, проходящего через приемник сенсора, которые зависят от количества молекул газа, оседающих на поверхности приемника. Привлекательным материалом для создания сенсоров являются нанотрубки, поскольку они обладают большой площадью поверхности, однако изготовление сенсоров на нанотрубках всегда было сравнительно сложным, длительным и неточным процессом. Ранее использовались такие методы, как напыление нанотрубок на подложку с предварительно размещенными на ней электрическими контактами или наложение контактов на покрытую нанотрубками поверхность. Их недостаток в том, что полученные сенсоры не позволяют определить точное место, в котором происходит реакция на исследуемом субстрате, в результате чего невозможно проводить несколько измерений одновременно. Также, чувствительность сенсора оказывается меньше возможной, поскольку нельзя гарантировать, что молекулы газа оседают на внутренней поверхности трубок.

Исследователи NIST использовали в качестве основы для сенсора тонкую пленку оксида алюминия с миллионами отверстий диаметром около 200 нм. Пленку погружали в гель триоксида вольфрама (WO₃), затем фиксировали покрытие на пленке спеканием. В результате в порах пленки фактически формируются нанотрубки триоксида вольфрама, являющиеся рабочим элементом сенсора. После спекания пленку с двух сторон покрывали тонкими слоями золота, которые служат электродами.

Таким образом, конструкция сенсора гарантирует, что реакция молекул газа с поверхностью происходит внутри нанотрубок, что обеспечивает высокую чувствительность сенсора. По словам авторов, она в 100–1000 раз выше чувствительности существующих тонкопленочных сенсоров. Исследователи также отмечают, что по разработанной технологии можно получать нанотрубки других полупроводников и оксидов металлов с открытыми концами.

Подробные результаты данной работы опубликованы в журнале Sensors and Actuators B: Chemical.