КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 18-73-00109

НазваниеМИНИАТЮРИЗОВАННАЯ МУЛЬТИАНАЛИТНАЯ ОПТОХИМИЧЕСКАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ АВТОНОМНОГО IN SITU МОНИТОРИНГА ПИТАТЕЛЬНЫХ РАСТВОРОВ ДЛЯ ГИДРОПОНИКИ

Руководитель Пешкова Мария Анатольевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" , г Санкт-Петербург

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-406 - Химическая термодинамика. Физическая химия поверхности и межфазных границ. Адсорбция

Ключевые слова дистанционный мониторинг, in situ анализ, массив микросенсоров, оптические сенсоры, полимерные мембраны, гидропоника, автономные агросистемы

Код ГРНТИ31.15.35

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Для многих областей науки и технологии остро стоит проблема недостатка в выборе доступных типов высокоселективных химических сенсоров при постоянном усложнении аналитических задач: увеличения числа аналитов в сочетании с миниатюризацией образцов, необходимости осуществления дистанционного анализа, in situ мониторинга и пр. При этом возможности существующих сенсоров (в частности, оптических), остаются неиспользованными из-за ограниченности фундаментальных подходов к управлению их аналитическими характеристиками. В представляемом проекте этот пробел будет восполнен в части оптических сенсоров (оптодов) и таким образом будут сняты ограничения на широкое применение этого перспективного класса сенсоров для целей мультианалитного in situ мониторинга. Это будет сделано на примере разработки и апробации миниатюрного планарного устройства на основе массива оптодов, позволяющего осуществлять автономный контроль содержания ионных компонентов в питательном растворе в системах гидропоники. Широкое распространение в сельском хозяйстве получают высокоэффективные гидропонные тепличные комплексы с высокой степенью автоматизации, а также доступные широким слоям населения малые системы гидропоники. Для высокопродуктивного ведения такого хозяйства необходим строгий контроль состава питательной гидропонной среды. В настоящее время контроль состава растворов для гидропоники производится инструментальными методами, каждый из которых требует отбора пробы и отдельной процедуры анализа. Таким образом, реализовать дистанционный in situ мониторинг состава раствора в режиме реального времени оказывается невозможным. К тому же используемые методы не являются специфичными и определяют суммарное содержание ионных компонентов, тогда как отклонение даже одного из них от оптимального уровня может сильно повлиять на рост культур. Поэтому разработка устройства, автономно и специфично измеряющего ряд параметров питательного раствора, представляет собой актуальную задачу для эффективного гидропонного растениеводства. Решить эту задачу в проекте предлагается при помощи оптодов: химических сенсоров, изменяющих свои оптические свойства при контакте с образцом. Оптоды не нуждаются в электропитании, в проводном соединении со средством измерения: это позволяет уменьшить размеры и стоимость устройств на их основе. Оптическая природа сигнала дает возможность дистанционной (беспроводной) регистрации сигнала цифровыми методами (например, фотокамерой), что позволяет обеспечить автономность систем контроля и упрощает эксплуатацию таких устройств. Целью проекта будет разработка работоспособного массива полимерных ионоселективных оптодов, не требующих калибровки, с оптимизированным составом сенсорного слоя и условий измерения для одновременного определения ионных компонентов питательных растворов для гидропоники in situ: pH, Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, NO3 , Cl-, Fe3+, общей солёности. Объекты исследования будут представлять собой тонкие полимерные пленки, содержащие липофильные индикаторы. Оптический сигнал (поглощение или эмиссия в видимой области спектра) будет регистрироваться при помощи фотокамеры, подключенной к ПК с возможностью удаленного доступа. При этом мультианалитная сенсорная платформа не будет нуждаться в калибровочных измерениях. Количества активных компонентов и геометрия сенсорных пленок будут оптимизированы таким образом, что время жизни такой платформы составит не менее одного месяца в условиях постоянного контакта с раствором. Полученные фундаментальные результаты, в частности, создание оптических сенсоров, не требующих калибровки и независимых от ионной силы и pH, применение алгоритмизованного подхода к оптимизации количественного состава полимерных сенсорных фаз для функционирования в заданном диапазоне концентраций, будут прорывными в области химических сенсоров и обеспечат задел для создания и распространения на практике целого класса сенсорных платформ для мониторинга сложных водных сред в реальном времени.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---