Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета в сотрудничестве с другими научными организациями разработали материал, открывающий возможности для создания высокочувствительных, оперативных и стабильных биосенсоров. Основой разработки послужило получение наноструктурированных слоев оксида хрома. О результатах исследования проинформирован научный журнал Chinese Journal of Physics.
Оксид хрома (Cr₂O₃) – это соединение, которое благодаря своим химическим свойствам, особенно высокой прочности, используется в самых разных областях: от изготовления зеленых пигментов для лаков и красок до производства керамики, а также инструментов, предназначенных для шлифовки и полировки. Помимо этого, Cr₂O₃ на протяжении длительного времени применяется в качестве чувствительного слоя в газоанализаторах, используемых в промышленности, для выявления угарного газа, аммиака, оксида азота и других веществ, представляющих угрозу.
Наноструктуры на основе оксида хрома были созданы учеными, представляющими СПбГУ, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ФТИ имени А. Ф. Иоффе РАН и ДВФУ, после чего проведено исследование их свойств. Полученные результаты свидетельствуют о потенциальной пригодности этих наноструктур для мониторинга параметров окружающей среды, а также для применения в медицине и в промышленных процессах. В дальнейшем планируется использовать данный метод для создания инновационных аналитических приборов, включая биосенсоры.
«Нами был синтезирован композитный материал — наноструктурированный оксид хрома, нанесенный на сапфировую подложку. В ходе исследования физических характеристик полученного материала установлено, что его структура отличается высокой степенью однородности и устойчивости. Ранее для изготовления газовых датчиков различного назначения применялись более толстые и плотные слои. Наноструктурированные слои α-Cr₂O₃ формируют развитую поверхность, что открывает возможности для разработки более чувствительных, быстрых и стабильных биосенсоров», — отметил доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Гареев.
Слои α‑Cr₂O₃ были получены на сапфировых подложках с использованием метода ультразвуковой паровой химической эпитаксии (mist‑CVD‑эпитаксии) при температуре от 500 до 600°C. В ходе работы ученые рассмотрели три образца наноструктурированных слоев, отличающихся по толщине. Результаты исследований продемонстрировали, что все полученные материалы обладают выраженной развитостью поверхности оксида хрома. Это обусловлено значительной шероховатостью слоев, что приводит к увеличению количества активных центров на поверхности для взаимодействия с биомолекулами, такими как белки, антитела и нуклеиновые кислоты. Данная методика повышает чувствительность сенсора, основанного на оксиде хрома, и способствует повышению его эффективности. Исследование слоев α‑Cr₂O₃ проводилось на базе Научного парка Санкт‑Петербургского государственного университета.
«Наши исследования показали, что структура оказывает существенное влияние на магнитные характеристики материала. К примеру, отдельные участки оксида хрома демонстрируют один тип магнетизма, в то время как непрерывные пленки – другой. Это позволяет предположить, что в дальнейшем станет возможным намеренно формировать материалы с заданными магнитными свойствами, корректируя конфигурацию слоя в процессе его создания. В будущем это может привести к использованию таких материалов в спинтронных устройствах и датчиках», — отметила доцент кафедры физики Земли СПбГУ Елена Сергиенко.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ