Проект 1

Проект 1
Разработка фотолюминесцентных
хемосенсорных материалов для контроля
летучих химических веществ (бензол,
толуол, ксилол, спирты, ацетон, амины и
т.д.)
Иерархические оптические
хемосенсорные материалы
Принцип регистрации ЛОС-изменение
флуоресценции красителя.
Ditolylaminoacridine (DTAA)
N
N
Межмолекулярные взаимодействия, используемые в
молекулярной оптической сенсорике
1. Кулоновское (диполь-дипольное и
дисперсионные взаимодействия)
2. Специфические (водородная связь, π-π
стекинг)
3. КПЗ и эксиплексы
4. Перенос протона
Водородная связь
Люминесценция, отн.ед.
Флуоресценция комплекса «гость-хозяин» на
основе нафталина и циклодекстрина
12
4
10
2
8
6
3
1
5
4
2
0
300
350
400
450
500
Длина волны, нм
550
600
Структура супрамолекулярных комплексов «нафталин-циклодекстрин», образующихся под действием окарборана (1) и адамантана (2) (квантово-химический
расчет)
1
2
Комплекс 1 демонстрирует спектр фосфоресценции при комнатной температуре, комплекс
2 - спектр эксимерной флуоресценции. Следовательно, меняя молекулу «хозяина» и
«гостя», мы можем управлять типом люминесценции нафталина, инкапсулированного в
полость циклодекстрина.
Хеморецепторный центр –
супрамолекулярная система
• Флуоресцентный краситель + группы атомов
матрицы полости (полимер, селикагель),
окружающей краситель;
• Рецепторные молекулы, иммобиллизованные на
частицах – циклодекстрины, кукурбитурилы.
Синтезированы и изучены кремнеземные наночастицы с ковалентно
привитым флуорофором в качестве супрамолекулярных
хеморецепторов с селективным откликом на бензол, толуол и ксилол
F
F
B
O
O
S
Si
O
O
O
SiO2
Лаб. 106
8
Технология получения
материала-Инк-джет принтинг
ХЕМОСЕНСОРНЫЙ МАТЕРИАЛ АНСАМБЛЬ МИКРО-, НАНОЧАСТИЦ
Были нужны:
• Новые методы - атомно-силовой
микроскопии, диффракционной
спектроскопии;
• Новые знания - самоорганизация микро-,
наночастиц в испаряющейся «микрокапле»
дисперсии на подложке, управление
«архитектурой» материала…
Иерархические оптические
хемосенсорные материалы
Схематическое изображение строения сенсорного материала
Экспериментальные данные о строении
разработанного сенсорного материала
АСМ, 20×20 мкм
Микрофотография,
220×160 мкм
АСМ, 3×3 мкм
ПЭМ, 0,4×0,4 мкм
Зависимость характера упаковки наночастиц SiO2 от скорости
движения контактной линии высыхающей капли коллоидного
раствора. С увеличением этой скорости плотность упаковки и ее
качество ухудшаются.
80
70
60
Число слоев
5
10
20
30
40
50
50
40
30
20
400
60
500
550
600
650
, нм
700
750
Угловая зависимость
фотонно-кристаллической
наноструктуры 40 слоев
50
40
Угол поворота образца
0
0
0
15
0
30
0
45
30
20
10
400
Доменная структура твердой фазы может формироваться как
компромисс между гексагональной плотной упаковкой,
соответствующей минимуму потенциальной энергии ансамбля
частиц, и осевой (цилиндрической) симметрией образца,
формируемого из испаряющейся капли.
450
Контраст запрещенной зоны в зависимости от числа
слоев фотонно-кристаллической структуры
образованной путем самосборки
Пропускание, отн. ед.
Моделирование формирования доменной
структуры монослоя в микрокапле (2500 частиц 100 нм. – слева,
9000 - справа)
Пропускание, отн. ед.
Создание фотонно-кристаллических наноструктур с
контролируемым нелиниейно-оптическими методами числом
слоев
450
500
550
600
, нм
650
700
750
Поведение фотонной запрещенной зоны
в зависимости от угла поворота образца
(проверка наличия упорядоченной структуры)
Лаб. 101
12
Упаковка и флуоресценция нано (микро) частиц в сенсорном элементе
Флуоресцентный хемосенсорный чип
Конструкция чипа
Крышка чипа
Газовые каналы
Матрица сенсорных
элементов
Нанесение сенсорных элементов
Структура сенсорного элемента
200 мкм
Для нанесения сенсорных материалов
используется технология струйной печати
Микрофотография структуры
сенсорного элемента
100 мкм
Флуоресцентная микрофотография структуры
сенсорного элемента
Принцип работы устройства
Матрица свето- и
фотодиодов
Анализируемая смесь
подается в чип
Чип вставляется в
устройство
Изменение
флуоресценции под
действием аналита
Разработка датчика БТК
Наночастица с
рецепторными
центрами
Молекула
индикатор
Хемочип
приклеивается к
плате датчика
+
Изменение спектров
флуоресценции материала в
присутствии насыщенных паров
бензола
+
Изменение спектров
флуоресценции материала в
присутствии насыщенных паров
п-ксилола
Предполагаемый внешний вид
разрабатываемого датчика
Характеристика
Значение
Диапазон
измерений
Порог
чувствительност
и
2,5 – 1000 мг/м3
Время
измерения
Менее 20 с
Масса
устройства
Габариты
Менее 150 г
Бензол – 2,5 мг/м3 ;
Толуол, ксилолы- 25
мг/м3.
Менее 20х40х70