Разработка эффективных методов контролируемого синтеза низкоразмерных полупроводниковых материалов
Учёными Казахского национального исследовательского технического университета им. К. Сатпаева Satbayev University разработаны эффективные низкозатратные методы контролируемого синтеза низкоразмерных полупроводниковых материалов на основе оксида цинка, обладающих высокой фотокаталитической активностью.
Создание сенсорных биоаналитических наноструктурированных материалов значительно изменило и расширило область применения биоинженерии.
Наноматериалы различной формы, в том числе одиночные или композитные структуры, могут обладать значительно отличающимися свойствами. Функции и характеристики материалов могут быть оптимизированы для обеспечения высокой селективности и анализа биомолекул. При этом молекулярное распознавание взаимодействия биомолекул наноразмерными компонентами обеспечивает высокую чувствительность биосенсоров.
Наноструктурированные оксиды металлов привлекают большое внимание с точки зрения создания сенсорных устройств благодаря таким характеристикам, как простота изготовления, возможность контролируемого синтеза, биосовместимость, каталитические и оптические свойства, химическая стабильность, устойчивая адсорбционная способность и кинетика переноса электронов.
Исследования, посвящённые морфологическим аспектам наноструктурированного ZnO, отметили его высокую кристалличность с незначительными дефектами структур, а также низкие температуры синтеза. Кроме того, он также обладает высокой электропроводностью, что позволяет применять данный материал для разработки быстрых, стабильных и надёжных сенсорных устройств.
Актуальной проблемой в области создания активных фотокаталитических материалов является разработка экологически чистого метода контролируемого синтеза наноразмерных оксидов цинка с различной морфологией без использования токсичных реагентов и растворителей.
Предложенный исследователями Satbayev University метод синтеза ZnO NPs прост, экономичен, не требует сложного дорогостоящего оборудования, нагревания или прокаливания. Он пригоден для крупномасштабного производства высокоактивных ZnO фотокатализаторов для разложения органических загрязнителей под УФ-излучением благодаря своей простоте, невысокой стоимости, высокой производительности, возможности повторного использования и отличным характеристикам получаемого продукта.
В ходе реализации проекта разработаны и оптимизированы технологические режимы низкозатратных методов синтеза наноразмерных образцов оксида цинка и наноструктурированных композитов на его основе (ZnO-CuO, ZnO-GO). Исследованы физико-химические и фотокаталитические свойства синтезированных полупроводниковых наноматериалов. Созданы на основе синтезированных материалов прототипы эффективных, биосенсоров, обладающих высокой чувствительностью, селективностью, быстрым детектированием целевых аналитов, достигающих нано/пикомолярных концентраций биомолекул.
Представленные казахскими разработчиками наностержни ZnO с высокой удельной площадью поверхности являются прекрасной платформой для иммобилизации глюкозооксидазы в биосенсорах. Представлен оптоволоконный биосенсор на основе ZnO для обнаружения белка CD44. Получен патент РК на изобретение. Получен акт внедрения результатов НИР в учебный процесс.
Разработанные на основе предложенных технологий высокочувствительные биоаналитические устройства востребованы в медицине, сенсорной электронике, для мониторинга состояния окружающей среды, контроля качества продукции пищевой промышленности.
Научный проект АР08856173 Синтез и исследование свойств низкоразмерных полупроводниковых материалов для создания высокочувствительных биосенсоров
Научный руководитель Л.В. Гриценко, профессор, доктор философии (PhD), ассоциированный профессор
