Ученые из СПбГУ разработали материал для биосенсоров нового поколения

Новости МирТесен

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, обладающее рядом ценных химических свойств, включая высокую прочность, что обуславливает его широкое применение в разных областях. Его используют, например, для получения зеленых пигментов в лакокрасочных материалах, а также в производстве керамики, инструментов для шлифования и полировки. Кроме того, Cr₂O₃ находит применение в качестве чувствительного элемента в газовых датчиках, предназначенных для промышленного использования, поскольку он способен обнаруживать угарный газ, аммиак, оксид азота и другие вещества, представляющие 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.

«По словам Елены Сергиенко, доцента кафедры физики Земли СПбГУ, магнитные характеристики материала демонстрируют значительную зависимость от его структуры. Так, отдельные участки оксида хрома проявляют магнетизм одного типа, в то время как сплошные пленки — другого. Это указывает на возможность в будущем намеренно формировать материалы с заданными магнитными свойствами, варьируя геометрию слоя в процессе его создания. В дальнейшем это может привести к использованию таких материалов в спинтронных устройствах и датчиках.

Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ