Папір з дріжджами перетворили на компактний дозиметр

Американські вчені створили компактний датчик іонізуючого випромінювання, що складається з паперу, алюмінієвої фольги і дріжджів. Після нанесення на датчик води дріжджі в ньому починають ферментацію глюкози і виділяють вуглекислий газ, який змінює провідність датчика. Оскільки під час опромінення частина організмів гине, за зміною провідності можна визначити дозу опромінення, розповідають розробники в журналі.

Працівники виробництв або медичних установ, які працюють з джерелами іонізуючого випромінювання, наприклад, рентгенологи, користуються засобами захисту від опромінення. Проте, як правило, вони все ж схильні до підвищеного опромінення, а в деяких випадках можуть отримати значну дозу через технологічні помилки. Для контролю дози вони використовують або активні і дорогі дозиметри, або пасивні датчики, показання яких зчитують через кілька днів або тижнів.

Вчені з Університету Пердью під керівництвом Бабака Зіайї (Babak Ziaie) створили компактний детектор іонізуючого випромінювання, що складається з доступних матеріалів і здатний показувати рівень опромінення з невеликою затримкою. Датчик складається з декількох шарів. У центрі розташовується шар дріжджів () і середовище, насичене глюкозою. З обох сторін їх оточують шари двосторонньої клейкої стрічки, приклеєної до неї алюмінієвої фольги з винесеними з боків контактами, а зовнішні шари виконані з пергаментного паперу.

Спочатку датчик знаходиться в непрацюючому стані і для активації його потрібно намочити. Після цього дріжджі отримують доступ до глюкози і починають процес ферментації, перетворюючи її на етанол і вуглекислий газ. Розчинений у воді вуглекислий газ збільшує кількість носіїв заряду за рахунок додавання в неї іонів H + і HC_O³-, що підвищує провідність датчика. Оскільки в результаті опромінення частина клітин гине і метаболічна активність всього шару в цілому знижується, клітини виділяють менше вуглекислого газу і не так сильно збільшують провідність. Для вимірювання провідності шари алюмінію зроблені не квадратними як весь датчик, а з контактними майданчиками збоку.

Вчені провели випробування датчика на двох радіоактивних ізотопах - цезій-137 і кобальт-60. Експерименти при різних дозах іонізуючого випромінювання показали, що зміна провідності проходить протягом декількох хвилин, після чого вона виходить на плато, «висота» якого залежить від дози. Крім того, випробування показали, що мінімальна доза опромінення, яка виявляється, становить 1 мільйрад (від 10 до 200 мікрозівертів залежно від типу випромінювання).

Щоб додатково довести, що зміна опору відбувається через метаболічну активність дріжджів, дослідники також провели експерименти при різних температурах. Вони показали, що при 3 градусах Цельсія, коли дріжджі не діють, і при 60, коли вони гинуть, змін у провідності датчика практично не відбувається, тоді як при 21 градусі Цельсія спостерігається швидке збільшення електропровідності.

Вчені нерідко використовують мікроорганізми в електронних пристроях. Наприклад, нещодавно американські дослідники створили датчик кровотечі в кишечнику, в основі якого лежать генетично модифіковані бактерії, що люмінесціюють у присутності шуканих речовин. А минулого року інша група американських вчених створила на основі бактерій матеріал для друку на 3D-принтері, що дозволяє виявляти конкретні речовини, і навіть створила з його допомогою прості логічні вентилі, засновані на флуоресценції бактерій.