Коллектив исследователей из Санкт-Петербургского государственного университета вместе с коллегами из других научных организаций страны разработал материал, который позволит создать чувствительные, быстрые и стабильные биосенсоры.

Это стало возможно за счет выращивания наноструктурированных слоев оксида хрома. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Chinese Journal of Physics, сообщили в СПбГУ.

Оксид хрома (Cr₂O₃) — соединение, которое благодаря своим химическим свойствам, в частности прочностным характеристикам, находит широкое применение в различных сферах — от создания зеленых пигментов в лаках и красках до производства керамики, инструментов для шлифовки и полировки. Кроме того, Cr₂O₃ давно используется в качестве детектирующего слоя в газовых датчиках промышленного назначения, позволяя обнаруживать угарный газ, аммиак, оксид азота и другие потенциально опасные вещества.

Группа ученых из СПбГУ, СПбГЭТУ «ЛЭТИ», ФТИ имени А. Ф. Иоффе РАН и ДВФУ синтезировала наноструктуры на основе оксида хрома и изучила их характеристики. Выяснилось, что такие наноструктуры могут быть полезны для контроля различных показателей окружающей среды, а также для использования в медицине и промышленности. В перспективе такой подход позволит с помощью этого соединения производить аналитические приборы нового типа, в том числе биосенсоры.

«Наша команда синтезировала композит — наноструктурированный оксид хрома на подложке из сапфира. Изучив физические свойства полученного материала, мы выяснили, что его структура характеризуется высокой однородностью и стабильностью. Кроме того, ранее более толстые и сплошные слои были использованы при создании газовых датчиков различного назначения. Наноструктурированные слои α-Cr₂O₃ сформировали развитую поверхность, что в перспективе может обеспечить создание более чувствительных, быстрых и стабильных биосенсоров», — сказал доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Камиль Гареев.

Исследованные слои α‑Cr₂O₃ были выращены на сапфировых подложках методом ультразвуковой паровой химической эпитаксии (mist‑CVD‑эпитаксии) при температуре 500–600°C. Всего ученые исследовали три образца наноструктурированных слоев с различной толщиной. Исследования показали, что все полученные материалы характеризуются высокой развитостью поверхности из оксида хрома. Этому способствует большая шероховатость слоев, благодаря чему на поверхности возникает большее количество активных центров для взаимодействия с биомолекулами (белками, антителами, нуклеиновыми кислотами). Такой подход увеличивает чувствительность сенсора на основе оксида хрома и делает его более эффективным. Изучение слоев α‑Cr₂O₃ было выполнено на базе Научного парка Санкт‑Петербургского государственного университета.

«Мы выяснили, что магнитные свойства материала сильно зависят от его структуры. Отдельные островки оксида хрома ведут себя как один тип магнетика, а сплошные пленки — как другой. Это значит, что в будущем мы сможем целенаправленно создавать материалы с нужными магнитными свойствами, просто изменяя геометрию слоя при его выращивании. В перспективе это открывает путь для применения таких материалов в устройствах спинтроники и датчиках», — сказала доцент кафедры физики Земли СПбГУ Елена Сергиенко.