Компания «Технологии Печатной Электроники» (ООО «ПРИНТЭЛТЕХ») – резидент Кластера ядерных технологий Фонда «Сколково» - привлекла частные инвестиции и получила грант Фонда «Сколково» для разработки нового типа высокочувствительных селективных газовых сенсоров.
Уже через полтора года, используя грантовую поддержку Сколково, «ПРИНТЭЛТЕХ» планирует впервые в мире создать прототип селективного многокомпонентого переносного газоанализатора для определения концентрации токсичных газов в воздухе промышленных помещений и жилых зон с помощью набора сверхтонких органических полевых транзисторов с различными рецепторами.
Также в планах компании – занять нишу в новом быстрорастущем сегменте рынка газовых сенсоров: контроле порчи продуктов в пищевой промышленности. В первую очередь речь идет об определении свежести мяса и рыбы через детектирование наличия аммиака и сероводорода. Для контроля качества продуктов питания важны высокая чувствительность, селективность, быстрый отклик, гибкость, дешевизна и компактность, возможность интеграции газовых сенсоров в упаковку и возможность считывания данных сенсоров на смартфоны и другие портативные и беспроводные приборы.
Как заявил Sk.ru исполнительный директор кластера ядерных технологий, новых производственных технологий и материалов Игорь Караваев, «компания «ПРИНТЭЛТЕХ» поставила перед собой амбициозную как в плане науки, так и в плане бизнеса цель – создание технологии газовых сенсоров, которые востребованы как на рынке профессионального оборудования, так на рынке сенсоров для бытового потребления. Грантовое финансирование Сколково позволит «ПРИНТЭЛТЕХ» ускорить разработку новой технологии и достичь поставленных целей в более сжатые сроки».
Сенсоры, о которых идет речь, необходимы, в первую очередь, для определения низких концентраций опасных газов в воздухе промышленных помещений и жилых зон. Например, для потокового селективного определения концентрации сероводорода и смеси природных меркаптанов на платформах шельфовых проектов газо- и нефтедобычи (в жилых зонах и помещениях). Запрос на решение этой конкретной задачи пришел из «Газпром ВНИИГАЗ», поэтому в данном сегменте компания намерена тесно сотрудничать с дочерними структурами ПАО «Газпром» и другими нефтедобывающими компаниями, работающими преимущественно на шельфах южных морей (в частности, на Каспии), где налажена добыча высокосернистых сортов нефти. Также компания намерена выходить на рынок контроля качества воздуха в жилых зонах в городе. В этом сегменте актуальной проблемой является превышение ПДК сероводорода по районам, в особенности, в окрестностях водоочистных сооружений и снегоплавильных пунктов.
«Наше решение основано на принципиально новом подходе определения концентрации газов с помощью набора сверхтонких органических полевых транзисторов с различными рецепторами»
В настоящее время на рынке представлено достаточно большое количество стационарных и переносных однокомпонентных и мультикомпонентных газоанализаторов – приборов способных измерить концентрацию одного газа или нескольких газов в объеме с газовой смесью. Ключевым элементом таких устройств является газовый сенсор, позволяющий измерять концентрацию определяемого газа в окружающей среде. Так, для стационарных газоанализаторов в качестве сенсора использую газовый спектрометр – такие приборы могут определять низкие концентрации (десятки миллиардных долей) опасных газов за короткое (десятки секунд) время. Однако этот тип приборов имеет ряд недостатков, не последний из которых - высокая стоимость, а также массивность, возможность эксплуатации только высококвалифицированным персоналом. Другой тип сенсоров - электрохимические ячейки - значительно проще в применении, дешевле; он энергоэффективен (питается от батареек), компактен, однако обладает недостаточно высокой чувствительностью, не превышающей единиц или даже десятков миллионных долей. Газоанализаторы на основе таких сенсоров имеют ограниченное время жизни, особенно в условиях высокой влажности или низких температур.
В основе технологии компании «ПРИНТЭЛТЕХ» лежат разработки Института синтетических полимерных материалов им. Ениколопова РАН (ИСПМ РАН) по органическим полевым транзисторам (ОПТ). Разрабатываемый «ПРИНТЭЛТЕХ» сенсор на основе ОПТ решает указанные выше проблемы и предназначен для создания эффективных, дешёвых, портативных газоанализаторов для быстрого - в десятки секунд - определения низких концентраций (десятки миллиардных долей) большого количества различных аналитов.
«Наше решение основано на принципиально новом подходе определения концентрации газов с помощью набора сверхтонких органических полевых транзисторов с различными рецепторами, - говорит генеральный директор ООО «ПРИНТЭЛТЕХ» Елена Агина . - Разрабатываемый газовый сенсор является массивом отдельных органических полевых транзисторов с дополнительно нанесёнными рецепторными слоями. Анализ отклика каждого отдельного транзистора при сравнении с характеристиками других транзисторов из данного массива позволяет одновременное детектирование концентраций нескольких целевых газов с высокой точностью».
Директор по науке ООО «ПРИНТЭЛТЕХ», член-корреспондент РАН Сергей Пономаренко называет данный подход инновационным:
«На сегодняшний день подобный принцип был успешно реализован лишь на устройствах с оптическим откликом, хотя транзисторы являются более практичной и технологичной основой для газовых сенсоров. При этом каждый транзистор является мультипараметрическим сенсором, поскольку при взаимодействии с различными аналитами подвижность, пороговое напряжение включения, токи в выключенном состоянии и во включенном состоянии меняются независимо. Анализ изменения указанных величин позволяет определять химическую природу сорбированных молекул газа и его концентрацию в окружающей среде, а внедрение дополнительного рецепторного слоя в структуру транзистора позволит увеличить чувствительность и селективность сенсора».