- Details
Молекулу собрали как конструктор. Среди её кирпичиков есть атомы азота, кислорода, углерода. Созданное искусственно путём сложных химических превращений вещество разработано с определённой целью: искать загрязнители в воде, в частности ─ аммиак. Его соединения входят в состав удобрений и нередко попадают в грунтовые воды. Важно также определять амины ─ отходы производства пластика.
«Их количество контролируется прежде всего в питьевой воде. Для этого используются различные методы, которые требуют дорогостоящего оборудования и высокой квалификации персонала. Мы используем наш полимер, чтобы сделать простой и при этом чувствительный метод для обнаружения данных загрязнителей», ─ пояснил ведущий научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Андрей Потапов.
Полимер ─ жёлтый порошкообразный комплекс. Его яркая особенность ─ люминесценция. При контакте с токсикантом он меняет свои свойства и начинает светиться под ультрафиолетом.
Преимущество, которое отличает разработку от аналогов ─ чувствительность. Комплекс в тысячу раз более восприимчив к токсическим веществам. Ещё один немаловажный плюс: одна из модификаций полимера улавливает в воде ионы алюминия, которые вредят здоровью. При этом сам полимер безвреден для окружающей среды, его расход минимальный: 1 миллиграмм на 1 миллилитр воды.
По словам младшего научного сотрудника Института неорганической химии СО РАН Дмитрия Павлова, одно из преимуществ полимера в том, что его можно отфильтровать, промыть и использовать повторно, но и после этого он не расходуется полностью.
Потенциальные пользователи разработки ─ лаборатории, контролирующие качество воды. Но исследователи планируют создать вариант полимера, который был бы доступен для широкого круга пользователей, и придать ему форму, например, тест-полосок.
Исследование стало возможным, благодаря поддержке Российского научного фонда. В 2022 году грант заканчивается, но учёные рассчитывают на его продление. Есть идеи, как улучшить полимер и сделать его чувствительным ещё и к антибиотикам.
Репортаж Олеси Герасименко
- Details
Группа ученых из Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН разрабатывает новые гибридные материалы на основе пленок фталоцианинов и наночастиц благородных металлов — слоев химических сенсоров для диагностики заболеваний органов дыхательных путей. Реализация этой идеи позволит своевременно выявлять проблемы в дыхательной системе человека, избежать перехода болезней в хроническую стадию и последующего дорогостоящего лечения.
Из-за пандемии COVID-19 ученые стали активнее вести исследования в сфере заболеваний органов дыхания. Сегодня существует потребность в разработке сенсорного диагностического направления.
Общая схема химического процесса
«Развитие сенсорного направления “от материалов к портативному датчику” позволит в дальнейшем иметь достоверные данные о состоянии органов дыхания практически в домашних условиях. Предполагается, что усовершенствование материалов сенсоров создаст предпосылки к переходу к конкретным изделиям, датчиками “два в одном”, которые будут улавливать оксиды азота — метаболиты заболеваний дыхательных путей в выдыхаемом воздухе и слюне. Наш проект направлен на создание материалов для газовых сенсоров и электрохимических сенсоров», — отмечает сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Светлана Игоревна Доровских.
В процессе диагностики пациент выдыхает воздух в датчик, с помощью встроенных калибровочных программ прибор выдает значение, по которому можно выявить воспалительный процесс. Похожий принцип работы у импортного устройства NObreath, но из-за высокой стоимости он является труднодоступным. Материал сенсора, который используется в создаваемом сибирскими учеными датчике, — их авторская разработка.
Лаборатория ИНХ СО РАН работает с полупроводниковыми материалами на основе пленок фталоцианинов. «Некоторые наши исследования до сих пор были направлены на детектирование аммиака для определения почечной недостаточности при анализе выдыхаемого воздуха. Сейчас мы решили двигаться в направлении диагностики дыхательных органов и анализа NO и его метаболитов. Фталоцианины известны как проводники и широко востребованы. Мы решили их усовершенствовать путем создания структур на основе пленок фталоцианинов и модификаций этих структур наночастицами благородных металлов: золота, платины и других. Преимуществом создаваемых нами материалов, прежде всего, является комбинация двух компонентов благородных металлов и полупроводников, что позволит повысить чувствительность сенсоров к определяемым биомаркерам без необходимости их разделения в образцах выдыхаемого воздуха и слюны. Такой подход делает возможным выявление следов специфических биомаркеров на уровне биллионных долей», — отмечает С. И. Доровских.
Способность сенсорного датчика улавливать биллионные следы биомаркера повышает его эффективность, а неинвазивность и быстрота диагностики датчика обуславливают его перспективность для медицины. Прибор пусть и не покажет первопричину возникновения воспалительного процесса, но на относительно ранних стадиях сможет определить предпосылки к заболеванию органов дыхательных путей. Имея на руках эту информацию, человек уже может своевременно обратиться к лечащему врачу и предупредить возникновение хронической или трудноизлечимой фазы болезни. Так же как и тест для определения уровня глюкозы, диагностику органов дыхания нужно наблюдать в динамике, это позволит держать здоровье под контролем.
Исследования выполняются при поддержке Российского научного фонда (проект № 21-73-10142).
Кирилл Сергеевич
Изображение предоставлено исследовательницей
- Details
В журнале «Журнал структурной химии» опубликована обзорная статья «Металл-органические координационные полимеры в России: от синтеза и структуры к функциональным свойствам и материалам». Этот большой обзор подготовлен сотрудниками 16 университетов и институтов РАН. В обзоре обобщены актуальные направления исследований в области металл-органических координационных полимеров (МОКП), проводимых в научных организациях и университетах России в последние 5—10 лет. Обзор охватывает вопросы дизайна, синтеза, топологического описания и прогнозирования свойств МОКП, разработки способов их химического конструирования и модификации, изучения современными физико-химическими методами, создания функциональных материалов на основе пористых каркасов (гетерогенных катализаторов, высокоэффективных и высокоселективных сорбентов нового поколения, проводящих материалов, систем для адресной доставки лекарств).
С обзором можно ознакомиться на сайте журнала по ссылке https://jsc.niic.nsc.ru/article/93211/
- Details
Материалы о разработках сотрудников Института опубликованы в номере "Наука в Сибири" от 19 мая 2022 года: "В ИНХ СО РАН разрабатывают термобарьерные оксидные покрытия". Новосибирские ученые выявили новые вещества с высокими магнитокалорическими показателями.
Исследование магнитокалорических материалов — важный этап в разработке эффективной и экологически безопасной технологии криогенного магнитного охлаждения. Такая технология в будущем позволит разработать более дешевые и тихие холодильные установки. Сибирские ученые вместе с французскими коллегами обнаружили аномальные показатели веществ с высокими магнитокалорическими показателями. Статья об этом опубликована в журнале Chemistry of Materials.
Идея магнитного охлаждения основана на использовании эффекта, который сейчас называется магнитокалорическим. Маг нитокалорический эффект (МКЭ) — это процесс выделения или поглощения тепла веществом при изменении магнитного поля вокруг него. Те вещества, которые обладают значительным МКЭ, называются магнитокалорики. Принцип работы прост: ученые помещают вещество в магнитное поле, где оно начинает нагреваться. Затем убирают излишнюю теплоту и охлаждают, а когда выключают магнитное поле, то вещество охлаждается еще сильнее. По сути, происходит простой переход одной энергии в другую. Это нужно для того, чтобы достигнуть очень низких температур. Например, жидким гелием можно охладить вещество до 4 Кельвинов, а вот магнитным способом можно получить температуру, почти равную абсолютному нулю. Магнитокалорики наиболее эффективно работают в криогенной температуре, то есть менее 120 °К, что примерно равно -153 °C. На сегодняшний день самыми перспективными магнитокалориками являются соединения гадолиния (Gd). Поэтому ученые Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН работали с соединениями именно этого элемента. В своей работе сотрудники института кандидат химических наук Татьяна Алексан дровна Помелова и доктор химических наук Николай Геннадьевич Наумов синтезировали сульфиды гадолиния и элементы первой группы: лития (Li), натрия (Na), калия (K), рубидия (Rb), цезия (Cs). Сначала ученые полагали, что больший магнитокалорический эффект будет связан с сульфидом LiGdS2 из-за большего массового содержания в нем гадолиния. Однако исследование показало, что именно NaGdS2 показывает лучшие свойства среди исследуемых веществ. Благодаря тому, что это соединение наиболее сильно отвечает на изменение магнитного поля, оно вошло в пятерку наиболее эффективных соединений гадолиния, работающих в криогенных температурах. «Важным успехом этой работы, помимо получения этого вещества, стало то, что мы смогли показать, насколько сульфиды могут быть интересными с точки зрения магнитных свойств. Это открывает множество возможностей для исследования этого класса соединений», — рассказала Татьяна Помелова. Важным практическим приложением магнитокалориков является использование их в магнитных охладителях и магнитотепловых насосах. Также ведется поиск магнитокалориков, которые будут работать при комнатной температуре, чтобы попробовать заменить стандартные холодильники на компрессорах. Главное преимущество магнитных материалов в том, что они будут более экологичными, долгослужащими, эффективными и тихими. Помимо этого, важно, что применение магнитных материалов дешевле в сравнении с охлаждением жидким гелием. Несмотря на то, что в ближайшее время прикладное использование магнитокалориков невозможно, их исследование позволяет накопить фундаментальные знания о процессе магнитного охлаждения и позволит в будущем его использовать.
Работа выполнена в рамках гранта РНФ, № 21-73-00240.
Валерия Шпилёва, студентка отделения журналистики ГИ НГУ
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.