Detection of acetone by a sensor based on clinoptilolite

Eugenij A. Popov; Daria S. Potanina; Eugenij V. Bogatikov

doi:10.17308/kcmf.2026.28/13560

Авторы

Евгений Анатольевич Попов ФГБОУ ВО Воронежский государственный университет, Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
Дарья Сергеевна Потанина ФГБОУ ВО Воронежский государственный университет, Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация
Евгений Васильевич Богатиков ФГБОУ ВО Воронежский государственный университет, Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

DOI:

https://doi.org/10.17308/kcmf.2026.28/13560

Ключевые слова:

клиноптилолит, цеолит, ацетон, газочувствительный сенсор, микробиореактор, ионная проводимость

Аннотация

Цель статьи: Активное развитие микробиореакторов, использующихся в широком спектре биотехнологических, медицинских, сельскохозяйственных, экологических задач, требует совершенствования их элементной базы, в том числе, газочувствительных сенсоров различных метаболитов. Особенное предпочтение при этом отдается сенсорам, которые способны распознавать состав сложных газовых смесей без использования громоздких и дорогих структур. Перспективным в этом направлении являются сенсоры на основе цеолитов.

Экспериментальная часть: Рассмотрены кривые релаксации ионной проводимости цеолитов при приложении ступенчатых импульсов напряжения. Показано выполнение степенной зависимости тока ионной проводимости от времени с параметрами, зависящими от сорбции паров ацетона.

Выводы: Полученные результаты демонстрируют возможность применения газочувствительных сенсоров на основе клиноптилолита для детектирования ацетона, что важно для их применения в составе микробиореакторов

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

Евгений Анатольевич Попов, ФГБОУ ВО Воронежский государственный университет, Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

аспирант кафедры физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)
Дарья Сергеевна Потанина, ФГБОУ ВО Воронежский государственный университет, Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

аспирантка кафедры физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)
Евгений Васильевич Богатиков, ФГБОУ ВО Воронежский государственный университет, Университетская пл. 1, Воронеж 394018, Российская Федерация

к. ф.-м. н., доцент кафедры физики полупроводников и микроэлектроники, Воронежский государственный университет (Воронеж, Российская Федерация)

Библиографические ссылки

1. Kim K. R., Yeo W.-H. Advances in sensor developments for cell culture monitoring. BMEMat. 2023;1(4): e12047. https://doi.org/10.1002/bmm2.12047

2. Jansen R., Morschett H., Hasenklever D., Moch M., Wiechert W., Oldiges M. Microbioreactor-assisted cultivation workflows for time-efficient phenotyping of protein producing Aspergillus niger in batch and fed-batch mode. Biotechnology Progress. 2021;37: e3144. https://doi.org/10.1002/btpr.3144

3. Fink M., Cserjan-Puschmann M., Reinisch D., Striedner G. High-throughput microbioreactor provides a capable tool for early stage bioprocess development. Scientific Reports. 2021;11: 2056. https://doi.org/10.1038/s41598-021-81633-6

4. Podunavac I., Knežić T, Djisalov M., … Radonic V. Mammalian cell-growth monitoring based on an impedimetric sensor and image processing within a microfluidic platform. Sensors. 2023;23(7):3748. https://doi.org/10.3390/s23073748

5. Viebrock K., Rabl D., Meinen S., … Krull R. Microsensor in microbioreactors: full bioprocess characterization in a novel capillary-wave microbioreactor. Biosensors. 2022;12(7): 512–530. https://doi.org/10.3390/bios12070512

6. Helwig A., Hackner A., Müller G., Zappa D., Sberveglieri G. Self-test procedures for gas sensors embedded in microreactor systems. Sensors. 2018;18(2): 453–468. https://doi.org/10.3390/s18020453

7. Park J., Tabata H. Gas sensor array using a hybrid structure based on zeolite and oxid emiconductors for multiple bio-gas detection. ACS Omega. 2021;6(33): 21284–21293. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c01435

8. Stosic D., Zholobenko V. Application of zeolite-based materials for chemical sensing of VOCs. Sensors. 2025;25(5): 1634–1658. https://doi.org/10.3390/s25051634

9. Yamada Y., Hiyama S., Toyooka T., … Tabata H. Ultratrace measurement of acetone from skin using zeolite: toward development of a wearable monitor of fat metabolism. Analytical Chemistry. 2015;87(15): 7588–7594. https://doi.org/10.1021/acs.analchem.5b00296

10. Kucherenko I. S., Soldatkin O. O., Dzyadevych S. V., Soldatkin A. P. Application of zeolites and zeolitic imidazolate frameworks in the biosensor development. Biomaterials Advances. 2022;143: 213180. https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2022.213180

11. Bacakova L., Vandrovcova M., Kopova I., Jirka I. Applications of zeolites in biotechnology and medicine. Biomaterials Science. 2018;6(5): 974–989. http://dx.doi.org/10.1039/C8BM00028J

12. Wang W., Zhang Q., Lv R., Wu D., Zhang S. Enhancing formaldehyde selectivity of SnO2 gas sensors with the ZSM-5 modified layers. Sensors. 2021;21(12): 3947–962. https://doi.org/10.3390/s21123947

13. Simonov V. N., Fomkin A. A., Shkolin A. V., Menshchikov I. E. Acetone-neutral adsorption sensor for measuring the humidity of exhaled air in the diagnosis of diabetes mellitus. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. 2023;59(4): 456–460. https://doi.org/10.31857/S004418562370050X

14. Reiß S., Hagen G., Moos R. Zeolite-based impedimetric gas sensor device in low-cost technology for hydrocarbon gas detection. Sensors. 2008;8(12): 7904–7916. https://doi.org/10.3390/s8127904

15. Zheng Y., Li X., Dutta P. K. Exploitation of unique properties of zeolites in the development of gas sensors. Sensors. 2012;12(4): 5170–5194. https://doi.org/10.3390/s120405170

16. Pullano S. A., Falcone F., Critello D. C., Bianco M. G., Menniti M., Fiorillo A. S. An affordable fabrication of a zeolite-based capacitor for gas sensing. Sensors. 2020;20(7): 2143. https://doi.org/10.3390/s20072143

17. Wu Q., Zheng Y., Jian J., Wang J. Gas sensing performance of ion-exchanged Y zeolites as an impedimetric ammonia sensor. Ionics. 2017;23: 751–758. https://doi.org/10.1007/s11581-016-1849-0

18. Jonscher A. K., Haidar A. R. The time-domain response of humid zeolites. Journal of the Chemical Society, Faraday Transactions 1: Physical Chemistry in Condensed Phases. 1986;82(12): 3553–3560. https://doi.org/10.1039/F19868203553

19. Kutsova D. S., Bogatikov E. V., Smirnova K. G., Glushkov G. I. Analysis of the composition of a complex gas mixture using a zeolite-based sensor. Nano-and Microsystems Technology. 2016;18(9): 589–592. (in Russ.). Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=26711244

20. Weisman V. L., Markov V. N., Nikolaeva L. V., Pankova S. V., Solovyov V .G. Conductivity of zeolite single crystals. Physics of the Solid State. 1993;35(5): 1390–1393. (in Russ.). Available at: https://journals.ioffe.ru/articles/14932