
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.

Верхнее слева — фото сенсора, где сам сенсор — это круг 7 мм в диаметре. Справа — его оптическое изображение (предоставлено авторами исследования). Справа внизу — концепт работы сенсора, то, каким образом на нити адсорбируются молекулы газов.
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.
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.
В современной микро- и наноэлектронике имеется выраженный тренд к интеграции в классическую кремниевую технологию новых материалов. Однако совсем отойти от кремниевой электроники и фотоники не представляется возможным: все упирается в высокую технологичность и низкую себестоимость кремния и обратную ситуацию для новых материалов. Может показаться, что с кремнием все уже давно известно, однако мы показали, что наноструктуры кремния все еще недостаточно хорошо изучены и имеют потенциал для производства сенсоров. В нашем устройстве используются кремниевые нити длиной 10 микрометров (¼ от толщины человеческого волоса) и диаметром порядка 150 нанометров. Благодаря очень высокому соотношению длины к поперечному сечению нити обладают большой площадью поверхности при крайне небольшом объеме. Как следствие, свойства нанонитей кремния сильно зависят от окружающей среды, различных молекул, которые адсорбируются на поверхность нитей
— 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.

Верхнее слева — фото сенсора, где сам сенсор — это круг 7 мм в диаметре. Справа — его оптическое изображение (предоставлено авторами исследования). Справа внизу — концепт работы сенсора, то, каким образом на нити адсорбируются молекулы газов.
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.
- Евгения Бусина
- МФТИ
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас

Прогноз-2025: Кто первым нажмет красную кнопку в Третьей мировой?
Эксперты говорят: ядерная война может начаться гораздо быстрее и внезапнее, чем считалось до этого....

Ученые поражены: у растений есть секретный второй набор корней глубоко под землей
Это не только сенсация в ботанике, это вообще переворот в науке....

Найдено идеальное место для жизни на Марсе
По словам ученых, оно похоже… на нашу Сибирь....

Тайна разгадана: стало известно, почему большинство кошек предпочитают спать строго на одном боку
Оказалось, что это древний защитный механизм, которому миллионы лет....

Эксперты обнаружили существ, переживших прямой удар астероида, который уничтожил динозавров
Почему конец света — это вовсе не повод, чтобы вымирать?...

Уникальная находка в Нидерландах: археологи обнаружили римский лагерь далеко за пределами Империи
Как лидар и искусственный интеллект нашли объект-«невидимку» II века....

Ученые хотят создать хранилище микробов, чтобы те… не вымерли
Звучит кошмарно, но на самом деле от этого зависит судьба всего человечества....