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
Таинственная «дверь» обнаружена в Антарктиде
Теория заговора против официальной науки: кто окажется прав?...
15 000 американских городов станут призраками в ближайшие десятилетия
Ученые уверены, что «там просто некому будет жить»....
Не по вкусу: комары пьют кровь не у всех подряд
Полезно понимать для защиты от опасных насекомых....
НЛО управляют армией беспилотников, которые следят за военными базами США
Загадочные дроны буквально терроризируют американских военных летчиков....
Странный случай: укус змеи подействовал на австралийца спустя 15 часов
Только 10% укушенных на самом деле получают дозу яда....
Собаки поднялись на новую ступень эволюции
Третья стадия одомашнивания — что это значит?...
20 млн жителей США могут остаться без воды
Великие озера поразила небывалая засуха....
Первые оседлые люди в Европе: в Сербии обнаружили дом возрастом 8000 лет
Обгорелое жилище перевернуло представления о ранних поселенцах....
Вспененный гель быстро останавливает кровотечение и снижает риск заражения
Учёные изобрели спасающую жизнь «повязку»....
Кошки могут понимать многие слова
Но для экспериментов голос хозяина произносил бессмыслицу....
Google срочно переходит на атомную энергию
АЭС опасны, но у Америки просто нет выхода....
Первая частная космическая станция появится на орбите в 2025 году
Комплекс, созданный с учетом проблем астронавтов, потянул на миллиард долларов....
Американские ученые отрицают ускорение глобального потепления
Формально, так и есть, но это ещё не всё....
Окаменелости в Индии рассказали о самом раннем случае разделки слонов людьми
Это произошло не менее 300 тысяч лет назад....
Детекторы ИИ ложно обвинили студентов в плагиате
Ничто не ново на всё 100%....
Режиссер фильма «Я, робот» утверждает, что Илон Маск крадет его идеи
Смех смехом, но новые проекты Маска удивительно похожи на кадры из фильма....