Сенсоры для биохимического анализа и мониторинга окружающей среды Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

ляция - ультрафильтрация. После такой очистки полученную воду можно направлять на установки обратного осмоса или нанофильтрации для удаления оставшихся загрязнений без забивания мембран и потери их производительности.

Данный проект направлен на создание комбинированной технологии для эффективного удаления оксида кремния из очищаемой воды. Комбинированная технология состоит из этапа коагуляции, для которого необходимо подобрать вид коагулянта и его концентрацию для различных очищаемых вод, и этапа ультрафильтрации, который будет обуславливаться использованием ультрафильтрационных мембран с наилучшими показателями по селективности и производительности.

УДК 66.01-52

М.С. Ощепков, O.A. Федлорова

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

СЕНСОРЫ ДЛЯ БИОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА И МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Proposed methods for nanostractured materials with high cross-selectivity to the toxic products for molecular recognition in gas and liquid environments FIR.

Предложены методы получения наноструктурированных материалов с высокой селективностью к токсичным продуктам для молекулярного распознавания в газовых и жидких средах.

Тема проекта: Разработка технологических основ получения гибридных наноструктурированных материалов с высокой селективностью к токсичным продуктам для молекулярного распознавания в газовых и жидких средах.

Цель проекта: Разработка новых сенсорных материалов на основе производных краун-эфирных комплексонов с высокой селективностью к токсичным соединениям и газам при комнатной температуре и создание на их основе беспроводных систем оповещения и мониторинга, пригодных для внедрения в отечественную промышленность и конкурентоспособных на мировом рынке.

Актуальность проекта: Мониторинг воздуха и воды является одним из основных приоритетов в охране окружающей среды, особенно для больших городов, где угроза выброса индустриальных химических загрязнений больше, а уровень токсичных и взрывоопасных веществ таких как: СО, NO2, SO2, Н2, H2S, и NH3 значительно превышает нормы Российской Федерации.

В настоящее время для анализа разработаны сложные и дорогие методы: газовая и жидкостная хроматография, масс-спектрометрия, хромато-масс-спектрометрия. Некоторые из этих методов позволяют детектировать до 10"12 г/м3 токсичных продуктов. Перечисленные методы применимы только в специальных лабораторных условиях. Проведение анализа такими методами требует значительного времени и специально обученного персонала.

Анализ научно-технической литературы показал, что в настоящее время существует насущная потребность в селективных и чувствительных сенсорах, позволяющих проводить мониторинг концентрации газов и соответствующих аналитов, в том числе и катионов металлов, в реальном времени для целей мониторинга сточных вод.

Рис. 1. Введение сенсора в состав мембраны Рис. 2. Установка экспресс-тестирования

Созданию селективных молекулярных флуоресцентных сенсоров на катионы металлов уделяется большое внимание. Одним из новаторских и мало разработанных подходов в создании сверхчувствительных сенсоров, обладающих очень высоким уровнем флуоресценции, является агрегация ("пришивка") флуоресцентных сенсоров на поверхности наночастиц оксидов металла. Такая агрегация благодаря кооперативному эффекту собранных на поверхности органических рецепторов приводит к гигантскому усилению рецепторных свойств и многократному усилению интенсивности флуоресценции.

Подобные гибридные наночастицы, введение в состав полимерной матрицы, позволят создать полимерные сенсорные материалы, которые с успехом могут использоваться для создания миниатюрных и чувствительных сенсорных элементов в современных устройствах мониторинга окружающей среды.

Описание решаемых проблем, поставленной задачи и подходов к её решению:

В предлагаемом проекте решается основная проблема - создание новых материалов, позволяющих созданию сверхчувствительных оптических сенсоров и преодолению ограничения в селективности газовых и катионных сенсоров. Для решения задач предложены подходы к созданию новых систем, в которых флуоресцентные молекулы сопряжены с селективными кра-ун-эфирными комплексонами и введение их в состав полимерных компози-

Другим новаторским подходом является модификация оксидов металлов оригинальными органическими соединениями или органометалличе-скими комплексами. Этот подход основан на современных разработках в области гибридных материалов, создания методов получения модифицированных нанокристаллов, так называемых систем «молекулярного распознавания».

Гибридные органические-неорганические структуры на основе органических рецепторов, привитых на поверхности нанокристаллических полупроводников, представляют широкие возможности для достижения селективного отклика системы на присутствие специфических ионов металлов и газов. Также следует отметить очевидную возможность миниатюризации подобных сенсоров и построения мультисенсорных систем, пригодных для определения в исследуемых образцах сразу нескольких веществ одновременно.

Работа предусматривает развитие нанотехнологии функциональных материалов с контролируемым селективным характером взаимодействия с токсичными продуктами в газовых и жидких средах.

Системы молекулярного распознавания и газовые сенсоры могут быть предложены для использования для решения разнообразных задач оповещения и мониторинга:

1. в пищевой промышленности;

2. в медицине;

3. в экологии;

4. в аэропортах, на железнодорожных вокзалах, в метрополитене, в государственных учреждениях, в местах скопления людей;

5. в подразделениях МЧС;

6. на предприятиях, производящих или использующих в производстве опасные химические вещества;

7. на транспорте для контроля безопасности перевозок токсичных продук-