- Details
Взаимодействие молекул бензола с поверхностью пор сорбента (слева) и изменение цвета свечения сорбента в процессе поглощения молекул бензола (справа).
Циклогексан — углеводород в виде шестичленного кольца — используется в качестве сырья для производства нейлона, из которого делают ткани, пластмассы и автомобильные детали. Циклогексан в свою очередь получают из бензола — другого соединения в виде кольца, — добавляя к нему дополнительные атомы водорода. Бензол опасен для человека: попадая через дыхательные пути и кожу в организм, он увеличивает риск онкологических заболеваний. Чтобы уберечь сотрудников химических производств и потребителей конечной продукции от токсического эффекта бензола, его остатки важно тщательно удалять из циклогексана. Однако сделать это сложно из-за почти одинаковых физических свойств этих веществ, поэтому ученые ищут новые эффективные методы их разделения.
Исследователи из Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН (Новосибирск) с коллегами из Даляньского технологического университета (Китай) синтезировали металл-органический каркас, который удерживает бензол за счет как физических, так и химических процессов.
За основу исследователи взяли соли цинка и две сложные органические молекулы. Их смешали, а затем нагревали до 100°С в течение полутора суток. В результате авторы получили мелкие кристаллы с узкими порами, в которых «застревают» молекулы бензола. Кроме того, в этих порах находятся группы атомов, которые эффективно взаимодействуют именно с молекулами бензола, дополнительно удерживая это опасное вещество в сорбенте.
Расположение молекул бензола в узких порах сорбента.
Химики протестировали разработку, разделив с ее помощью смеси бензола и циклогексана в разных пропорциях. Оказалось, что материал удаляет до 99,99% канцерогена из смеси, при этом его можно использовать многократно: поглотитель не потерял своей эффективности даже после трех циклов работы.
«Секрет избирательности материала заключается в том, что каждая узкая пора в нем идеально вмещает две молекулы бензола. Циклогексан несколько крупнее, поэтому он не влезает в такие щели. Компьютерное моделирование подтвердило, что присоединение бензола энергетически выгодно — в этом случае выделяется дополнительная энергия, тогда как захват циклогексана, наоборот, требовал бы энергетических затрат, поэтому он невыгоден», — поясняет руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Потапов, доктор химических наук, главный научный сотрудник лаборатории металл-органических координационных полимеров Института неорганической химии имени А.В. Николаева СО РАН.
Более того, новый материал можно использовать в качестве детектора. Дело в том, что сам по себе полученный металл-органический каркас под действием ультрафиолета испускает зелено-желтый свет. Когда кристаллы помещают в раствор с бензолом, они начинают светиться в полтора раза ярче, при этом оттенок излучения становится ближе к зеленому. Такое изменение яркости и спектра заметно даже невооруженным глазом.
Важно подчеркнуть, что материал оказался чувствительнее лучших из существующих аналогов. С его помощью удалось выявить концентрации бензола в три раза меньшие, чем способны уловить другие поглотители. Такая особенность нового металл-органического каркаса позволит своевременно выявлять утечки канцерогена на химических производствах и тем самым уберечь работников от его воздействия.
«Разработанный нами материал поможет снизить риск профессиональных онкологических заболеваний у сотрудников химических и фармацевтических производств, связанных с воздействием бензола. Кроме того, он удешевит производство циклогексана за счет более простой и экономичной очистки этого продукта от опасной примеси. В дальнейшем мы планируем разработать способы получения сорбентов с увеличенным объемом пор, чтобы повысить производительность разделения, сохраняя при этом его высокую эффективность», — рассказывает Андрей Потапов.
- Details
«Белая люминесценция особенно важна, потому что это способ искусственно моделировать дневной солнечный свет. И достаточно всего капли», — рассказывает Анна Овчинникова. Вчерашняя студентка уверена: за веществом будущее диагностической медицины.
«Надеюсь, что мы сможем многие процессы сделать более удобными, более эффективными. Те же датчики, над которыми мои коллеги работают, — медицинские применения», отмечает старший лаборант Института неорганической химии СО РАН Анна Овчинникова.
Мощность света, как на этом телефонном фонарике, могла бы помочь более детально визуализировать состояние внутренних органов, тканей человека. Но лампочки с такой мощностью очень тяжело зафиксировать внутри организма человека. Новосибирские учёные эту проблему решили: поняли, что соединения на основе европия излучают свет c такой же мощностью, и его можно легко наносить на микродетали.
Частицы редкоземельных металлов — иттрия, тербия или европия — между собой соединяют органическим веществом. Получается слоистый кристалл прямоугольной формы. Его суперспособность — собирать и хранить ультрафиолет. Именно он заставляет редкоземельные элементы светиться разными цветами. На их основе делают безвредный для человека раствор. Наносят на деталь, которая светится так сильно, что видеокамера покажет врачам на экране всё в мельчайших подробностях. Частицы вещества устойчивы к воде, щелочи, кислоте, хорошо липнут к любой поверхности. Можно менять цвета в зависимости от задач, которые решают медики.
«Порошки, люминесцирующие разными цветами, можно смешивать чисто механически — например, перетиранием. Можно наносить разные цвета последовательно, обрабатывая тот же светодиод разными растворами последовательно», - объясняет старший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Павел Демаков.
Кроме того, учёные посчитали: вещество недорогое в производстве, а значит, выгодное для промышленников. Первый эксперимент с использованием вещества уже провели. Подопытной стала жительница морей и океанов. Рыбу данио было видно насквозь, как будто это обычное стекло.
Анастасия Путинцева / «ВЕСТИ НОВОСИБИРСК»
Результаты опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials (ИФ 5.5): Alekseevskiy P.V., Efimova A., Povarov S., Zhestkij N.A., Demakov P.A., Burzak N., Dyachuk V.A., Fedin V.P., Potapov A.S., Yu X., Milichko V.A. "Fiber-Integrated Metal–Organic Framework Nanosheets for Light Emission and Microendoscopy" // ACS Applied Nano Materials. 2026. Vol. 9. pp. 1860-1868. DOI: 10.1021/acsanm.5c04932.
- Details
Ещё 15-20 лет назад в препаратах для лечения рака использовали только платину, пока в поле зрения учёных не попал рутений – менее токсичный и подходящий для фотохимиотерапии: препарат активируют светом в нужной точке организма, сохраняя здоровые клетки. Научные группы всего мира ищут наиболее эффективные соединения рутения, которые могут стать основой новых лекарств. Новосибирцы при поддержке гранта Российского научного фонда предлагают свои варианты.
«Наша задача ─ подобрать такое окружение для металла, чтобы оно одновременно и попадало в клетку, и было малотоксичным до засветки, и стало токсичным после засветки. Комбинируя различные части комплексов, мы пытаемся сделать универсальный препарат», ─ рассказал главный научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Геннадий Костин.
Синтезируя новые соединения по собственным методикам, их изучают, подтверждают свойства и тестируют вместе с биологами. Так, из полусотни вариантов лишь несколько показали нужный эффект на клеточных культурах. Успешнее всего ─ в отношении рака лёгких и молочной железы.
«Мы смотрим их базовую токсичность. Что с ними будет происходить в организме и как они поведут себя дальше – сложно представить. Поэтому нужно взять 50 соединений, чтобы из них отобрать пять, а из пяти ─ одно. И, возможно, оно когда-нибудь дойдёт до препарата», ─ пояснил младший научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Иван Яковлев.
Своим путём пошли в другой лаборатории института: синтезируют новые соединения для препаратов химиотерапии на основе родия, иридия и золота. Последнее оказалось особенно перспективным, это показали доклинические испытания на мышах с раком толстой кишки и молочной железы.
«С течением времени размер опухоли становится меньше, препарат не влияет на функциональность самой мышки. В соединениях кроме золота есть органическая часть, которая наделяет их специфическими свойствами», ─ сообщил главный научный сотрудник Института неорганической химии СО РАН Артём Гущин.
Это позволяет бить сразу в несколько мишеней и эффективнее разрушать раковые клетки. Результаты испытаний опубликовали в научных журналах. Чтобы продолжить работу, нужен интерес и помощь инвесторов.
- Details
«Сегодня стремительно развивается такая область, как диагностика заболеваний по составу выдыхаемого воздуха. Повышенное содержание оксида азота может свидетельствовать о серьёзном заболевании дыхательных путей, например о хронической обструктивной болезни лёгких», — поделилась научный сотрудник ИНХ СО РАН кандидат химических наук Дарья Клямер.
Образцы сенсоров
Для работы были использованы сенсоры, в основе которых плёнки кобальтового фталоцианина (CoPc) — проводящий материал, благодаря которому можно определять низкие концентрации оксида азота. Его декорировали наночастицами иридия (Ir) и оксида иридия (IrO2), улучшающими работу сенсоров. Например, они обладают высокой каталитической активностью, увеличивают площадь поверхности таких сенсорных устройств, а чем больше поверхность, тем больше места для взаимодействия с газами и веществами, которые сенсор должен обнаружить.
Эти материалы наносят на подложки со встречно-штыревыми электродами и помещают в специальную газовую ячейку. В эту ячейку подают газовую смесь, близкую по химическому составу с выдыхаемым воздухом, и вводят концентрации оксида азота нужного диапазона. В данном исследовании он составлял от 10 до 100 ppb (parts per billion — количество частей вещества на миллиард частей смеси). Работа сенсора основана на изменении проводимости чувствительного слоя, которое фиксируется специальным электрометром.
Научные лабораторные эксперименты показали, что использованные учёными материалы способны выявлять оксид азота от 10 ppb в газовой смеси. Это очень низкая концентрация, означающая, что на каждый миллиард молекул других газов приходится всего десять молекул оксида азота. Для максимальной чувствительности наночастицы иридия должны быть равномерно распределены по поверхности, иметь одинаковый размер и работать в тандеме с фталоцианином.
Учёные нацелены на дальнейшую работу с образцами реального выдыхаемого воздуха, которая поможет в разработке измерительного прибора, применяемого в медицине.
Исследование проведено в рамках госзадания для Министерства науки и высшего образования РФ.
Подготовили студентки отделения журналистики ГИ НГУ
Ольга Кириленко и Алиса Новохатская для спецпроекта «Мастерская “НВС”» Фото авторов
Dorovskikh S.I., Klyamer D.D., Krasnov P.O., Shutilov R.A., Nasimov D.A., Prosvirin I.P., Volchek V.V., Zharkov S.M., Khubezhov S.A., Morozova N.B., Basova T.V.
Ultrafine Ir-IrO2 nanoparticles for decoration of cobalt phthalocyanine films as an active component for highly sensitive detection of nitric oxide
Materials Science And Engineering: B. 2025. V.314. 118074:1-12. DOI: 10.1016/j.mseb.2025.118074.
© ИНХ СО РАН 1998 – 2026 г.