Ученые Санкт-Петербургского государственного университета совместно с коллегами из ведущих российских научных центров разработали инновационный материал для создания биосенсоров нового поколения. Основанный на наноструктурированных слоях оксида хрома, он обещает сверхчувствительные, быстродействующие и исключительно стабильные устройства.
Многофункциональный оксид хрома
Оксид хрома (Cr₂O₃) — уникальное соединение, широко применяемое благодаря своим выдающимся химическим и прочностным свойствам. Его используют повсеместно: от создания стойких зеленых пигментов до производства керамики и высокоточных абразивных инструментов. Кроме того, Cr₂O₃ давно зарекомендовал себя как эффективный детектор в промышленных газовых датчиках, способный выявлять опасные вещества, включая угарный газ, аммиак и оксиды азота.
Наноструктуры: ключ к новым возможностям
Исследовательская группа синтезировала и детально изучила наноструктуры на основе оксида хрома. Эти структуры демонстрируют огромный потенциал для мониторинга состояния окружающей среды, а также для применения в медицине и промышленности. Данная технология прокладывает путь к производству принципиально новых аналитических приборов, включая высокоэффективные биосенсоры.
Синтез и преимущества наноструктурированных слоев
Ученые создали композитный материал — наноструктурированный оксид хрома на сапфировой подложке. Анализ физических свойств показал его высокую структурную однородность и стабильность. В отличие от более толстых сплошных слоев, используемых ранее в газовых сенсорах, наноструктурированные слои α-Cr₂O₃ формируют развитую поверхность. Это критически важно для создания биосенсоров с беспрецедентной чувствительностью, скоростью реакции и долговременной стабильностью.
Технология выращивания и уникальные свойства
Слои α‑Cr₂O₃ выращивались методом ультразвуковой паровой химической эпитаксии (mist‑CVD) на сапфировых подложках при температурах 500-600°C. Исследование трех образцов разной толщины подтвердило высокую развитость поверхности во всех случаях. Значительная шероховатость слоев создает обилие активных центров для взаимодействия с биомолекулами (белками, антителами, ДНК/РНК), что резко повышает чувствительность и эффективность сенсоров на основе оксида хрома.
Управляемые магнитные свойства
Исследования выявили сильную зависимость магнитных свойств материала от его геометрии. Отдельные наноостровки и сплошные пленки демонстрируют принципиально разное магнитное поведение. Это открывает фантастическую возможность целенаправленного создания материалов с заданными магнитными характеристиками путем простого изменения структуры слоя при выращивании. Такие материалы перспективны для устройств спинтроники и высокочувствительных датчиков.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
