14 ноября 2018 - Наука и инновации
Физики ДВФУ создали «ловушку для молекул» опасных веществ

Responsive image

Международная группа физиков Дальневосточного федерального университета (ДВФУ), Российской академии наук (РАН), а также исследователей из Австралии разработала технологию для захвата, оперативной доставки и анализа молекул органических и неорганических соединений. Статья об этом опубликована в международном научном журнале Nanoscale, который издается под патронажем Королевского химического общества.

Новая технология будет полезна в микробиологии, медицине, химии, биохимии и других сферах, где требуется быстро распознавать мельчайшие следы опасных и токсических веществ, маркеров онкологических заболеваний и метаболитов патогенных микроорганизмов.

Речь идет о специальной подложке-концентраторе, изготовленной на основе тефлоновых пластин. Использование такой «ловушки для молекул» позволяет в миллионы раз усилить концентрацию молекул искомых веществ и сократить время лабораторных исследований с нескольких дней до нескольких часов.

Responsive image

«Особенность разработанной нами подложки заключается в специальной микроструктуре ее поверхности. Она представляет собой супергидрофильную (супервпитывающую) «ловушку» микронного размера, которая окружена водоотталкивающей — гидрофобной — областью», — пояснил научный сотрудник центра «Нанотехнологии» Инженерной школы ДВФУ Алексей Жижченко.

Примечательно, что в качестве контейнера для транспорта молекул распознаваемого вещества используется обычная капля жидкости. Она попадает на поверхность подложки, с помощью которой исследователь может управлять ее размером и положением. При этом удается повысить концентрацию молекул в капле в миллионы раз по сравнению с исходным значением и локализовать их на площадке размером всего несколько десятков микрометров — в точке, где сосредоточен высокочувствительный сенсор.

Алексей Жижченко объяснил, что благодаря специальной поверхности подложки в «ловушке» размером менее 100 микрометров удается собрать до 97% всех примесных молекул, содержащихся в капле. За счет этой локализации происходит многократное усиление оптического отклика от захваченных молекул, что позволяет распознавать примеси, даже если насчитывается всего нескольких сотен молекул вещества.

Новая подложка-концентратор изготавливается с помощью прямой лазерной записи на поверхности тефлоновых пластин с использованием импульсов сверхкороткой длительности. Процесс не требует острой фокусировки лазерного излучения и занимает всего несколько минут. Эта технология универсальна, стоит не дорого и перспективна для производства биосенсорных платформ нового поколения, предназначенных для высокоточного химического анализа.

«Достижения сотрудников центра «Нанотехнологии» ДВФУ — следствие реализации в университете приоритетного научного проекта «Материалы». Нам удалось собрать активную команду специалистов мирового уровня, значительную часть которой составляет молодежь, — отметил проректор ДВФУ по научной работе Кирилл Голохваст. — Проведение исследований такого уровня стало возможно благодаря недавно установленному новому фемтосекундному лазерному литографу, а также тесному сотрудничеству физиков ДВФУ и Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, работу которых курирует академик Юрий Кульчин».

Ранее в 2018 году этот же коллектив исследователей ДВФУ в составе международной группы разработал технологию определения мельчайших молекул вещества с помощью подложки из черного кремния. Благодаря особой морфологии черный кремний значительно усиливает сигнал комбинационного рассеяния анализируемых молекул и не искажает результаты спектроскопии.

Пресс-служба ДВФУ,
press@dvfu.ru