Хемосенсорные наноматериалы

Одно из перспективных направлений нанотехнологии связано с разработкой способов получения наноматериалов за счет их последовательной самосборки «снизу-вверх» из молекул и наночастиц. Такой способ получения наноматериалов позволяет получать наноматериалы с заданными свойствами

.

Исследования Центра фотохимии РАН сосредоточены на данном направлении и связаны с созданием научных основ технологии получения наноматериалов для устройств фотоники на гибкой основе: люминесцентных хемосенсорных наноматериалов и органических наноматериалов для светодиодов.

В последние годы исследования и разработки Института концентрируются, в основном, на разработке люминесцентных хемосенсорных наноматериалов.

Большое разнообразие летучих химических веществ, которое необходимо контролировать в окружающей среде, ставит перед разработчиками задачу получения хемосенсорных материалов различного назначения по единой технологии. Один из подходов к решению этой задачи состоит в использовании материалов особой архитектуры — многомасштабных иерархических наноматериалов.

• Институтом разработаны методы получения экспериментальных образцов и развиты методы компьютерного многомасштабного конструирования иерархических люминесцентных хемосенсорных наноматериалов.

Материалы представляют собой ансамбль плотно упакованных полимерных или силикатных микро- или наночастиц, поверхность которых модифицирована молекулярными или супрамолекулярными центрами флуоресценции и связывания летучих химических соединений. В основу как экспериментального получения материалов, так и их компьютерного виртуального конструирования положен подход к созданию хемосенсорных материалов «снизу-вверх».

• Процесс получения хемосенсорных материалов включает последовательные стадии синтеза микро- или наночастиц, формирования центров люминесценции и центров связывания аналитов на поверхности частиц, получения за счет самоорганизации модифицированных микро- или наночастиц ансамблей частиц – элементов матричных сенсоров (хемочипов). На рисунке изображена схема формирования хемосенсорного элемента, хемочипа и устройства контроля химических веществ.

Комплекс программ компьютерного проектирования сенсорных наноматериалов построен по модульному принципу и включает модули конструирования молекул, супрамолекул, наночастиц и ансамблей наноструктур (структурные модули). Комплекс содержит также модули расчета физико-химических свойств супрамолекул, наночастиц и ансамблей наночастиц (оптических свойств, констант связывания рецепторными центрами молекул аналитов, параметров процессов диффузии и адсорбции на микроструктурах и т.д.).

• В настоящее время разработаны люминесцентные хемосенсорные наноматериалы для регистрации ацетона, аммиака, спирта и т.д. и лабораторные образцы малогабаритного прибора для контроля летучих химических веществ.

Задача, которую предстоит решить, связана с созданием люминесцентных хемосенсорных чипов и программ обработки сигнала отклика хемочипа на аналиты, позволяющих осуществлять количественный анализ смесей летучих химических веществ.

Михаил АЛФИМОВ, директор Центра фотохимии РАН, академик

http://www.sovetnikprezidenta.ru/72/4_nano.html

Центр фотохимии РАН