Кремний — ключ к созданию высокочувствительных сенсоров для медицины и экологии

Группа ученых из МФТИ и Санкт-Петербурга представила новый высокочувствительный сенсор, который использует кремниевые нанонити для анализа состава жидких растворов и паров с кислотами и щелочами. Этот сенсор можно интегрировать в мобильные устройства, что позволяет определять наличие вредных примесей как в промышленных, так и в бытовых условиях. Кроме того, его можно использовать его для создания высокочувствительных датчиков, которые применяются в медицине. Такие датчики помогут обнаруживать и анализировать вредные вещества в организме, что может быть полезно для диагностики и контроля здоровья.


Кремний является наиболее распространенным и технологичным материалом, используемым в современной электронике. Ученые из МФТИ нашли новое применение кремниевым наноструктурам, которые имеют высокую площадь поверхности и зависят от окружающей среды и адсорбированных молекул на их поверхности. Кремниевые нанонити — нанометровые структуры, которые имеют форму тонких проволок или столбиков, выращенных на кремниевой подложке. Они обладают уникальными свойствами, такими как большая площадь поверхности, высокая чувствительность к окружающей среде и возможность модификации химическими или биологическими агентами. Благодаря этому они могут служить основой для разработки различных сенсоров, которые могут регистрировать изменения концентрации различных химических соединений в жидкостях или газах.


— Валерий Кондратьев, младший научный сотрудник лаборатории функциональных наноматериалов МФТИ.

Созданный сенсор предлагает новый селективный метод для качественного и количественного анализа. Он может обнаруживать вещества важные для биологии и медицины даже при их удельной доле менее чем один на миллион.

Сенсор представлен в виде пластинки стекла с кремниевыми нанонитями и золотыми электрическими контактами. Нанонити представляют собой резисторы, сопротивление которых изменяется при изменении состава окружающей среды. Он может использоваться, чтобы экономично обнаруживать кислоты и щелочи, погружая его в жидкость или помещая над поверхностью биологической пробы для анализа кислотных и алкалиновых паров.



Сенсор может быть использован для оценки качества воздуха и контроля доли кислот и вредных солей в сточной воде. Он также может быть перспективным инструментом для предварительного тестирования в медицине, позволяя зафиксировать различные химические соединения, которые могут указывать на сбои в работе организма.

В лаборатории были разработаны три типа сенсоров, которые позволяют оптимизировать производительность. Один из них основан на кремниевых нанопроволоках, другой — на нанопроволоках, обработанных плавиковой кислотой, а третий — на нанопроволоках с наночастицами серебра. В ходе тестирования было выяснено, что чувствительность датчиков сильно зависит от подготовки нитей. Обработка плавиковой кислотой приводит к поверхностному окислению, что повышает плотность областей адсорбции, и эта методика оказывается перспективной для обнаружения химических составляющих, которые изучались в рамках исследования.

Результаты исследования были опубликованы в журнале ACS Applied Nano Materials.