- Информация о материале
Исследователи из Института неорганической химии им. А. В. Николаева создали хлопчатобумажные ткани для защиты поверхностей от патогенных микроорганизмов. Они могут самостоятельно стерилизоваться. Статья об этом опубликована в Journal of Environmental Chemical Engineering.
Наука в Сибири, 07.12.2023
«Мы взяли ткань и химически модифицировали ее фотоактивным компонентом. В его состав входили кластерные комплексы: несколько атомов молибдена, окруженные лигандами. Правильно подобранный лиганд настолько прочно связывается с тканью, что даже если постирать ее в стиральной машине, активный компонент не вымывается, стерилизующие свойства сохраняются», — рассказал главный научный сотрудник ИНХ СО РАН, заведующий лабораторией биоактивных неорганических соединений доктор химических наук Михаил Александрович Шестопалов.
Соединения, которые под действием светового облучения генерируют активные формы кислорода, называются фотосенсибилизаторы. Обычно у них довольно узкий рабочий диапазон длины волны. Свет должен быть какой-то конкретный, например только красный. У исследователей получилось охватить очень широкий диапазон света: от ультрафиолетового до зеленого, начала красного.
«Кластерный комплекс, который мы использовали, имеет несколько преимуществ. У него очень широкий спектр поглощения, в отличие от классических, например органических, фотосенсибилизаторов. Кроме того, это молибден, неорганика, он очень устойчив к фотовыгоранию. Органический фотосенсибилизатор под действием солнца часто выгорает», — отметил Михаил Шестопалов.
Соединения молибдена относятся к классу фотосенсибилизаторов, потому что они не только светятся, но и вступают в реакцию с кислородом, переводя его в активную форму. Такой кислород называют синглетным. Когда он встречается с бактериями, грибками или вирусами, то окисляет оболочку микроорганизмов, и в итоге они погибают. Так и проявляется самостерилизация.
«Сначала мы загрузили все исходные вещества в кварцевую ампулу, создали в ней вакуум и запаяли. После поставили ее в печь с температурой 700—800 ℃, получился кластерный комплекс, который мы модифицировали. По сути, это раствор. Мы опустили туда хлопок, он окрасился полученным компонентом и приобрел особые свойства», — прокомментировала младший научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Екатерина Валерьевна Пронина.
Разработкой новых самостерилизующихся материалов ученые занимаются с 2019 года, когда началась пандемия коронавируса. Использовать их можно для пошива медицинских халатов, масок, марлевых повязок. Они защищают человека от одного из самых частых путей распространения инфекции — контактного. Когда мы задеваем какую-либо зараженную поверхность, возбудитель переносится на слизистые оболочки (глаза, рот, нос и другие). Это небезопасно, так как некоторые патогенные микроорганизмы могут до нескольких месяцев находиться на различных поверхностях, сохраняя вирулентность. Известно, что вирус герпеса выживает на тканях не менее 3 часов, вирусы гриппа А и В остаются активными в течение 8—12 часов, а коронавирусы человека вирулентны до 9 дней.
«Этот проект был выполнен совместно с коллегами из Чехии, они исследовали генерацию синглетного кислорода. Им удалось подтвердить, что наш материал фотостабилен. Исследователи проводили несколько циклов: облучали ткань и смотрели интенсивность люминесценции. Оказалось, что даже при достаточно мощном облучении уровень люминесценции не падает. После наши коллеги-биологи проверили противовирусные и антибактериальные свойства. Они взяли биологический планшет, добавили туда вирус и накрыли лунки нашей модифицированной тканью, после чего облучили ее светом. В итоге значительное количество вирусов погибло. Так мы подтвердили эффективность нашей ткани», — сказала Екатерина Пронина.
Дальше ученые планируют работать над гидрофобностью материалов, чтобы они были водонепроницаемыми. Это поспособствует тому, что бактерии не смогут даже остаться на ткани, у них не будет возможности к ней присоединиться. Так самостерилизация станет еще эффективнее.
Полина Щербакова
Иллюстрация предоставлена исследователями
Материал на сайте РАН, 08.12.2023
- Информация о материале
Сотрудники Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН разрабатывают научные основы формирования антиотражающих пленок с применением фторида магния. Исследователи планируют улучшить оптические характеристики покрытий для солнечных батарей и увеличить коэффициент поглощения световых волн, чтобы более 93% поступающего света преобразовывалось в энергию.
Наука в Сибири, 16.11.2023, № 46, стр. 3
Эффективность солнечных батарей зависит от количества пропускаемого света, что в большой степени определяется свойствами просветляющего покрытия панели — без этого солнечная энергия не используется в полной мере. Антиотражающая пленка, наносимая на верхний слой стекла, должна обеспечивать деструктивную интерференцию световых волн: сделать так, чтобы пик одной волны совпадал с провалом другой. Это практически исключает отражение и способствует пропусканию света на фотопреобразователь. Чтобы добиться высоких показателей поглощения солнечной энергии, ученым нужно настроить оптимальную толщину покрытия и показатель преломления. В качестве основы для верхнего слоя исследователи взяли фторид магния — MgF2 .
«Среди неорганических материалов именно фторид магния обладает самым низким показателем преломления, поэтому подходит для наших целей. Он химически стабилен, устойчив к радиации, механически прочен, поэтому его можно использовать для покрытия антиотражающих слоев фотоэлектрических и солнечных тепловых панелей, в том числе работающих в космосе. Если мы будем применять фторид магния в многослойных сборках, то получится добиться минимального отражения и практически весь свет будет доходить до преобразователя»,— поясняет заведующая лабораторией металлоорганических соединений для осаждения диэлектрических материалов ИНХ СО РАН кандидат химических наук Евгения Сергеевна Викулова.
Двумя основными способами получения слоев MgF2 считаются методы растворной химии и физического газофазного осаждения, но они имеют ряд недостатков. В первом случае используются агрессивные и вредные для человека реагенты (например, фтороводород), а также сложно контролировать толщину покрытия, что критически важно для оптических применений. Во втором варианте применяется дорогостоящее высоковакуумное оборудование. Сибирские химики предлагают альтернативный вариант получения пленок на основе фторида магния: химическое осаждение из газообразной фазы, или MOCVD (Metal-organic chemicalvapour deposition). Суть этого метода заключается в том, что летучее соединение металла, переведенное в специальных термических условиях в газовую фазу,транспортируется на подложку, например на стекло. На поверхности объекта пары разлагаются и формируют материал покрытия. Такой способ является высокоточным и позволяет контролировать состав, микроструктуру, толщину покрытия, а также равномерно распределять вещество наповерхностях сложной формы.
«Несмотря на все преимущества, сейчас процессы MOCVD фторида магния малоизучены. Наиболее часто в них используют не содержащий фтор летучий комплек смагния, а дополняют его фторирующим сореагентом, и это опять же фтороводород. Наша идея заключается в том, чтобы использовать прекурсор — летучее соединение магния, участвующее в реакции, которое уже изначально содержит атомы фтора. Это сделает процесс осаждения MgF2 более удобным. Практический выход нашей работы состоит в получении пленок на основе фторида магния и исследованииих оптических свойств — коэффициента пропускания света. Сейчас показатель пропускания света составляет 93%, но мы планируем увеличить его до уровня 95—98 %»,— рассказывает Евгения Викулова.
Первостепенной целью проекта сотрудники ИНХ СО РАН называют правильный подход в изучении фторированных комплексов магния с различным набором лигандов — составных частей соединений, их строения и термических свойств, чтобы понять, какие факторы обусловливают важные для MOCVD характеристики: летучесть и стабильность.
«Фторированные летучие соединения для магния практически не изучены. Мы предложили использовать молекулярные комплексы с двумя разными типами лигандов. Используя эти “рычаги управления”, то есть варьируя строение лигандов обоих типов и их комбинации, можно управлять термическими свойствами комплексов, а возможно, и характеристиками покрытия. В данной работе с помощью теоретических и экспериментальных подходов мы определили влияние наиболее принципиальных модификаций лигандов на свойства соединений. Такие взаимосвязи нужны, чтобы можно было получать прекурсоры с заданными характеристиками, наиболее эффективно работающие для осаждения конкретного материала», — поясняет старший лаборант лаборатории химии летучих координационных и металлорганических соединений ИНХ СО РАН студент 4-го курса факультета естественных наук Новосибирского государственного университета Георгий Евсеев.
По словам сибирских исследователей, эта работа позволит создать альтернативный существующим подход в получении фторированных соединений без использования агрессивных реагентов и дорогостоящего оборудования. Помимо использования в антиотражающих покрытиях солнечных батарей, фторид магния может применяться в качестве защитного покрытия литиевых аккумуляторов или медицинских имплантатов. Разработки сотрудников ИНХ СО РАН в дальнейшем послужат научной базой для применения MgF2 в этих областях.
Исследования выполняются при поддержке Российского научного фонда (проект№ 21-73-00252).
Кирилл Сергеевич
Изображение предоставлено исследовательницей
- Информация о материале
В журнале Energy & Environmental Materials (ИФ 15) опубликована статья с участием сотрудников Института Федосеевой Ю.В., Булушевой Л.Г. и Окотруба А.В.
“Electrostatic interaction‐directed construction of hierarchical nanostructured carbon composite with dual electrical conductive networks for zinc‐ion hybrid capacitors with ultrastability", Leng C., Zhao Z., Wang X., Fedoseeva Y.V. , Bulusheva L.G. , Okotrub A.V. , Xiao J., Qiu J. // Energy & Environmental Materials. 2023. e12484. DOI: 10.1002/eem2.12484. Посмотреть статью
Сравнение энергии адсорбции цинка и парциальной плотности электронных состояний вблизи уровня Ферми для азот-допированных углеродных структур
- Информация о материале
В журнале Inorganic Chemistry (ИФ 4,6) опубликована статья с участием сотрудников Института Афонина М.Ю., Коноховой А.Ю., Абрамова П.А., Куратьевой Н.В., Сухих Т.С., Компанькова Н.Б., Конченко С.Н.
“Chromium–Lanthanide Complexes Containing the Cr═P═Cr Fragment: Synthesis, Characterization, and Computational Study” Afonin M.Y., Konokhova A.Y., Dmitriev A.A., Abramov P.A., Kuratieva N.V., Sukhikh T.S., Kompankov N.B., Gritsan N.P., Konchenko S.N. // Inorg. Chem. 2023. 62, P.10110. DOI: 10.1021/acs.inorgchem.3c00518. Посмотреть статью
© ИНХ СО РАН 1998 – 2024 г.