Нанопластины из графена определили остроту перца чили

Портативное устройство, созданное учеными из Малайзии и Таиланда, может в реальном времени определять содержание капсаицина в перце чили. Прибор на основе графена, легированного азотом, выполнен в форме перца, и его можно подключать к смартфону. Статья опубликована в журнале ACS Applied Nano Materials.

Острота перца во многом зависит от содержания в нем капсаицина. Жгучесть перца обычно оценивают по шкале Сковилла — американского химика, предложившего в 1912 году органолептический тест для определения остроты перцев. Органолептический тест может дать только субъективные результаты, поэтому позже данные о содержании капсаицина стали получать методами хроматографии, колориметрии, спектрофотометрии и капиллярного электрофореза. Для всех этих тестов нужны лаборатории с дорогим оборудованием и обученный персонал. Кроме того, образцы для тестов нужно специальным образом подготовить.

В последние несколько лет популярностью пользуются электрохимические сенсоры для определения содержания капсаицина в пробах. Уже созданы сенсоры на основе электродов из графена с различными допантами, которые показали высокую чувствительность и хорошую точность, но полноценного доступного прибора так и не было сконструировано.

Асами Соле (Asamee Soleh) из Университета принца Сонгкла с коллегами разработали устройство для прямого определения содержания капсаицина в образцах. Корпус прибора в форме перца ученые напечатали на 3D-принтере. В корпусе находится потенциостат, к которому подключаются сенсор и USB, а также отверстия для проб с фильтрующим слоем. Основой сенсора служит электромеханическое аналитическое приспособление (ePAD) на основе бумаги для хроматографии. Процесс создания ePAD хорошо изучен, подходит для масштабного производства и отличается простотой и низкой стоимостью. Так, из одного листа формата А4 бумаги для хромотографии получается 85 экземпляров ePAD. На бумажную основу нанесены электроды из графеновых нанопластинок, легированных азотом.

Для прибора разработчики создали приложение на Android, которое работает в двух режимах. Первый режим создан в исследовательских целях для оптимизации данных и анализа, он показывает электрохимическую характеристику на основе циклической вольтамперометрии, дифференциальной импульсной вольтамперометрии и импедансной спектроскопии. Второй режим предназначен для практического применения и оценки остроты реальных образцов перца. Для удобства приложение может показывать остроту в единицах шкалы Сковилла.

Данные о содержании капсаицина в тестовых образцах, полученные прибором, сравнили с данными спектрофотометрии. Разница в измеренных данных оказалась несущественной. Устройство измерило концентрацию капсаицина в реальных образцах в диапазоне от 6,8 микромоль до 93,2 микромоль с доверительной вероятностью 95% процентов.

Создателям удалось реализовать в своей разработке простоту использования, низкую стоимость, интересный дизайн, а самое главное: отсутствие строгих требований к подготовке образцов. 

Кстати, графен в качестве сенсора полезен не только для определения остроты перца, с его помощью ученые, например, создали экспресс-тест на COVID-19.

Роман Колесов