V. E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics

Деталі: Перегляди: 11140

Відділ біохемосенсорики

Керівник

канд. фіз.-мат. наук, ст. досл.
Лопатинський Андрій Миколайович
к. 421, корп. 5
ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Дослідження

Основні напрямки наукової і науково-технічної діяльності відділу:

Дослідження і розробки в області оптоелектронної та мікро(нано)електронної сенсорики, орієнтованої на детектування хімічних і біологічних речовин у водних / газових середовищах, розвиток фізико-технологічних принципів молекулярної та адсорбційної електроніки і плазмоніки:

Дослідження молекулярно-йонних адсорбційних ефектів в наноструктурованих композитних метал-органічних, електрополімерних, біополімерних, супрамолекулярних, каліксаренових матеріалах;
Встановлення фізико-хімічних механізмів впливу досліджуваного газового/рідкого середовища на електрофізичні та оптичні процеси в адсорбційно-чутливих шарах сенсорних елементів, створення моделей газової, іонної та молекулярної чутливості відповідних сенсорів;
Розробка та створення біо- та хімічно чутливих сенсорних елементів та багатоелементних масивів на основі оптичних, потенціометричних, акустичних, хеморезистивних та імпедансних перетворювачів сигналу;
Розробка оригінальних алгоритмів і методів статистичного аналізу багатовимірних даних відгуків від масивів сенсорів за технологією розпізнавання хімічних образів з метою їх запровадження в системах типу електронний “ніс” та “язик”;
Створення експериментальних макетів та прототипів портативних сенсорних приладів для медико-екологічних та промислово-технологічних потреб.

Склад відділу

			Борщагівський Є.Г., заст.зав.від., д.ф.-м.н., пр.н.с. вн. тел.: 5-01, тел. 525-55-30 Ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. , к.434, корп.5
			Кукла Олександр Леонідович докт. фіз.-мат. наук, пр.н.с. вн. тел. 7-32, тел. 525-23-32 к. 426, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Чегель Володимир Іванович с.н.с., докт. фіз.-мат. наук тел. 525-56-26, внутр. 3-09 к.423, корп.5 ел. пошта: vche111@ yahoo.com
			Лозовський Валерій Зіновійович докт. фіз.-мат. наук, проф., с.н.с. к. 434, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Гриценко Костянтин Петрович канд. техн. наук, с.н.с. ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Дімітрієв Олег Петрович канд. фіз.-мат. наук, с.н.с. вн. тел. 7-82 к. 239, корп. 5 ел.пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. , Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Гринько Дмитро Олександрович канд. техн. наук, с.н.с. вн. тел. 5-97, тел. 525-59-37 к. 428, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Демиденко Юрій Володимирович канд. фіз.-мат. наук, н.с. ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Богословська Алла Борисівна канд. фіз.-мат. наук, с.н.с. вн. тел. 2-00, тел. 525-57-65 к. 233, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. t
			Литвин Віталій Костянтинович канд. техн. наук, с.н.с. вн. тел. 3-09, тел. 525-56-26 к. 423, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Матвієнко Людмила Михайлівна м.н.с. тел. внутр. 6-04, к.112, корп. СКТБ
			Капшученко Наталія Миколаївна пров. інж., тел. 525-23-32, внутр.7-38 к.422, корп.5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Павлюченко Олексій Сергійович наук. співр., тел. 525-56-26, внутр.3-09 к.423, корп.5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Мамикін Андрій Васильович н.с., тел. 525-23-32 внутр. 7-32, к.426, корп.5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

			Федоряк О.М. м.н.с. вн. тел.: 5-97, тел. 525-59-37 к. 424, корп.5
			Федченко Олександр Миколайович н.с. вн. тел. 5-12, тел. 525-59-55 к. 124, корп. 5
			Суровцева Олена Ростиславівна пр.інж, тел. 525-59-55, внутр.5-12 к.124, корп.5
			Дорошенко Тамара Петрівна н.с. вн. Тел. 7-94, тел. 525-59-37 Ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. к. 428, корп.5
			Демидов Петро Володимирович докт. філ., н.с. вн. тел. 3-09, тел. 525-56-26 к. 423, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. к.423, корп.5
			Гудзенко Ілля Ігорович м.н.с. вн. тел. 3-09, тел. 525-56-26 к. 423, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Хутько Марія Михайлівна пров. інж., аспірант вн. тел. 3-09, тел. 525-56-26 к. 423, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Білецький Антон Ігорович пров. інж., аспірант вн. тел. 5-12, тел. 525-59-55 к. 124, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.
			Кузнєцов Віктор Вікторович пров. інж., аспірант вн. тел. 3-09, тел. 525-56-26 к. 423, корп. 5 ел. пошта: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Досягнення

Найбільш вагомі наукові і науково-технічні результати

У 2015-2025 рр.:

· Визначено технологічні параметри процесу виготовлення масивів наноструктур золота та срібла методом термічного випаровування у вакуумі та спосіб виготовлення колоїдних наночастинок золота з полімерним покриттям, які забезпечують регулювання спектральної позиції локалізованого поверхневого плазмонного резонансу (ЛППР) у спектрах екстинкції світла вказаних наноструктур в діапазоні довжин хвиль 420-820 нм.

Виготовлено сенсорні чутливі елементи на основі невпорядкованих масивів наноструктур золота (МНЗ) на скляних підкладках розміром 13×25 мм (ЛППР-наночипи). Розкид розмірів МНЗ за висотою складає 40-80 нм, за еквівалентним радіусом 20-60 нм.

· Розроблено та запатентовано оптичний біосенсор для проведення біохімічного аналізу речовин в розчинах на основі ЛППР.

· Розроблено протоколи виготовлення колоїдних наноструктур золота у формі порожнистих наносфер та порожнистих нанокубів з геометричними розмірами, що забезпечують пік ЛППР у червоній та інфрачервоній ділянках спектра, здатних переносити лікарські речовини, та які підтримують фототепловий ефект плазмонного підвищення температури на поверхні наноструктур.

· Розроблено та запатентовано новітню методику синтезу афлатоксин-селективних мембран на основі молекулярно-імпринтованого полімеру (МІП) з включеними наночастинками срібла та сенсор на основі явища плазмон-підсиленої флюоресценції з межею виявлення 0,3 нг/мл для афлатоксину B1.

· Розроблено сенсорні ЛППР-наночипи, засновані на принципі ЛППР-наноантени (МНЗ, пов'язаний з наночастинками золота, що мають МІП-покриття) та на їх основі створено прототип портативного сенсора для виявлення вибухових речовин з інтегрованим модулем Bluetooth та спеціалізованим додатком для смартфонів, що демонструє здатність виявляти від 1 фг аналогів вибухових речовин.

· На основі розробленої технології росту голкоподібних нано- та мікрокристалів CdS на вуглецевому волокні вирощені щіткоподібні електроди для імпедіометрії та застосовані до реєстрації комплементарного зв’язування цільової ДНК з біомодифіковною оболонкою, нанесеною на електроди.

· Розроблено концептуальну можливість фотомеханічного приводу, який здатний збирати та зберігати ІЧ-енергію шляхом перетворення теплової енергії в механічну деформацію. Розроблено два прототипи, які перетворюють ІЧ-енергію у лінійний рух двохшарового полімерного приводу за рахунок імпульсного ІЧ опромінення, а також «теплове колесо», яке здійснює обертальний рух за рахунок стаціонарного опромінення ІЧ світлом.

· Розроблено та виготовлено діючий макетний зразок мультибіосенсорного сигналізатора загальної токсичності розчинів (СЗТ) для оперативного визначення загальної токсичності водних розчинів різного походження.

· Розроблена та виготовлена модульна мультисенсорна система, оснащена масивом сенсорних модулів на основі оптоелектронного колориметричного перетворювача з кількома типами хімічних сенсорів, чутливих до газових аналітів (амоніак, несиметричний диметилгідразин і тетраоксид діазоту).

· Розроблено прототип портативного електрохімічного ЛППР смарт-сенсора з передачею виміряних даних на Android-смартфон з використанням Bluetooth технології передачі даних. Показано можливість одночасної реєстрації біомолекул за допомогою смарт-сенсора в електрохімічному та оптичному режимах в режимі реального часу. Досягнуто реєстрацію молекул бичачого сироваткового альбуміну в буферному розчині при концентрації 1 пг/мл.

· Синтезовано низку нових “розумних” сенсорних наноматеріалів та розроблено і виготовлено портативний електронний пристрій, які поєднані в солдатському сигнальному бейджі для оперативного детектування певних токсичних газів (імітаторів фосфорорганічних сполук нервово-паралітичної дії) у повітрі.

· Удосконалено хімічний метод іонної адсорбції і нашарування (SILAR), що може бути альтернативою дороговартісному методу атомарного нашарування (ALD). Доведено, що якісна промивка є основою реалізації цього методу для контролю шарів на рівні моношару, отримані суцільні плівки ZnS товщиною менше 10 нм. Використання таких плівок при створенні сонячних елементів на основі CIGS показали високу ефективність в якості буферного шару.

· Проведено скринінг матеріалів, що володіють термічно активованою сповільненою флуоресценцією (TADF) і «візуалізацію» інфрачервоної (ІЧ) та/або теплової енергії за рахунок висхідної конверсії, з використанням органічних молекул TADF. Показано, що тепло можна використовувати як побічну енергію, що сприяє електролюмінесценції в OLEDах на основі TADF. Показано, що ефективність роботи OLEDів на основі TADF може бути значно покращена шляхом нагрівання, що також надзвичайно залежить від прикладеної напруги. Показано, що теплову енергію можна накопичувати шляхом конформаційних змін специфічних випромінювачів TADF, що сприяє більшому вивільненню енергії у формі флуоресценції порівняно зі зразком, який не піддавався нагріванню. Знайдено значне посилення квантового виходу люмінесценції вибраних барвників TADF у матриці етилцелюлози, яке досягає одного порядку величини.

· Розроблено чутливі елементи на основі нанокомпозитів флюоресцентних матеріалів з наночастинками срібла та золота різної форми та розмірів, виконані у вигляді твердотільних чипів або розташовані на паперових носіях, з межею виявлення аналогів вибухових речовин на рівні 0,1 фМ – 1 нМ та прототип портативного сенсорного пристрою на основі плазмон-підсиленої флюоресценції.

· Досліджено функціоналізацію колоїдних плазмонних наночастинок (НЧ) ближнього ІЧ діапазону сульфіду міді, покритих оболонкою мезопористого діоксиду кремнію та/або додатково аміногрупами (Cu_2-xS@MSS і Cu_2-xS@MSS-NH₂) за допомогою специфічного трикарбоціанінового барвника ближнього ІЧ діапазону, який має сульфонатні кінцеві групи, в залежності від розчинника. Виявлено, що взаємодія барвник-НЧ долає взаємодію барвник-барвник, що призводить до руйнування J-агрегатів барвника у водному розчині в присутності НЧ. Різна іммобілізація молекул барвника на поверхні НЧ сульфіду міді, покритих кремнеземом, забезпечує налаштування їхніх специфічних функціональних властивостей, таких як збирання світла та фотолюмінесценція.

· Знайдено анти-Каша випромінювання з верхніх збуджених рівнів S_n (n>1) трикарбоціанінових інфрачервоних барвників, які володіють інтенсивним поглинанням і випромінюванням S₁ в ближній інфрачервоній області, але які спектрально неактивні у видимій області. Продемонстровано, що яскраво-зелена флуоресценція барвників з рівня S₂ збільшує квантовий вихід у 2-4 рази разом із посиленням її спонтанної швидкості внаслідок іммобілізації молекули барвника на поверхні вуглецевих наноточок, тоді як квантовий вихід випромінювання S₁ в ІЧ області зменшується відповідно в 2-7 разів. Показано, що посилене випромінювання S₂, спричинене іммобілізацією, виникає внаслідок планаризації молекули та заморожування її обертальних ступенів свободи, про що свідчить пригнічення антистоксового випромінювання S₁, що відбувається за рахунок поглинання з гарячої смуги барвника.

· Знайдено принципово різну фотофізичну поведінку та квантовий вихід люмінесценції двох типів вуглецевих наноточок (ВНТ), синтезованих різними шляхами, що призводить до їхнього різного ступеня окислення та складу. Перший тип ВНТ являє собою спряжену вуглецеву систему, окислену гетероатомами F, N і O, що створює структуру з чітко вираженим вуглецевим ядром і сильно окисленою електроноакцепторною оболонкою, тоді як другий тип ВНТ являє собою неспряжену вуглецеву систему, наскрізь окислену киснем. Перший тип ВНТ дає випромінювання екситонного типу з одноекспонентним загасанням і високим квантовим виходом із сильною залежністю від полярності розчинника, досягаючи 93% у діоксані та 30% у водному середовищі, але яке вразливе до фотозасвітки. У другому випадку окислені ВНТ демонструють погану сольватохромію, незначну фотозасвітку, низький квантовий вихід випромінювання в діапазоні 0,7-2,3% залежно від використовуваного розчинника, і регульоване випромінювання з багатоекспонентним загасанням, яке можна описати моделлю кількох емісійних центрів, що діють через кластеризований механізм випромінювання. Отримані результати призводять до стратегії, яка дозволяє конструювати вуглецеві наноматеріали з принципово різним квантовим виходом випромінювання, що відрізняються на порядки.

· Для дослідження пасивного нагрівання розбавлених дисперсій MXenів на нано- та молекулярному рівнях було запропоновано термочутливе явище антистоксової фотолюмінесценції (АСФЛ) специфічних барвників ближнього ІЧ діапазону з поглинанням в гарячій зоні у якості зонду. Було виявлено, що в той час як Nb₄C₃T_x MXene з відносно високим тепловим випромінюванням мало впливає на енергію теплової активації АСФЛ, Ti₃C₂T_x MXene з низьким тепловим випромінюванням призводить до збільшення енергії активації, пов'язаного з ефектом пасивного нагрівання. Останній процес спостерігався при концентрації MXene всього 0,01 мг/мл і ставав більш значним при вищих значеннях концентрації, для яких спостерігалося збільшення енергії активації вдвічі при збільшенні концентрації Ti₃C₂T_x на порядок. Таким чином, нанолисти MXene можуть діяти як нагрівачі нано-/молекулярного рівня та застосовуватися для локалізованого теплового управління квантовими процесами у молекулярних емітерах для контролю висхідної конверсії світла за допомогою АСФЛ.

До 2015 р.:

· Встановлено основні типи фізичних взаємодій між молекулами газових аналітів та макромолекулами електропровідних полімерів (ЕПП) та запропоновані моделі модуляції електропровідності в системі “аналіт – допант – електрополімер” під впливом аналіту, що засновані на концепції переносу часткового заряду між ЕПП та адсорбованими молекулами аналіту.

· Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено швидкий метод відбору окремих сенсорів до оптимального сенсорного масиву та показано, що такий масив буде складатися з набору не більше ніж 4-6 сенсорів, які мають найкращі показники власної селективності до ряду досліджуваних аналітів.

· Показано, що хеморезистивні газові сенсори на основі плівок ЕПП, допантами до яких є великі гетерополіаніони напівпровідникових оксидів типу Кегіна PMe₁₂O₄₀ (де Ме - перехідні метали Мо, W або V), мають суттєво вищу власну селективність до органічних сполук та покращену стабільність електропровідних характеристик в порівнянні з такими ж сенсорами із звичайними допантами.
· Встановлено, що під впливом молекул газу змінюється співвідношення між числом поляронів і біполяронів, які є двома основними формами носіїв заряду в полімері полі(3-метил)тіофен та відрізняються суттєво різною рухливістю, що безпосередньо впливає на електропровідність полімерного шару та визначає величину і знак відгуку хеморезистивних сенсорів на його основі.
· Розроблено метод кількісного аналізу багатокомпонентної газової суміші за допомогою масиву хеморезистивних сенсорів з перехресною чутливістю та вперше реалізовано спробу вирішення оберненої задачі кількісної ідентифікації 4-х-компонентних газових сумішей органічних молекул-розчинників в атмосферному повітрі.
· Встановлено фізичний механізм газочутливості острівцевих золотих плівок з перколяційним характером електропровідності в сукупності з тонкими шарами органічних молекул – нанорухливість острівців металу під дією механічних напружень в органічному шарі.
· Запропоновано механізм виникнення нестабільності електричних параметрів іон-селективних польових транзисторів (ІСПТ) при роботі в рідинах, що пов'язаний з процесом накопичення нерівноважного позитивного заряду в приповерхневому шарі діелектрика (нітриду кремнію) на границі розділу з електролітом за тривалої дії прикладеного електричного поля.
· Розроблено ряд фізико-хімічних моделей для відтворення відгуків ферментних сенсорів на багатокомпонентні суміші токсичних речовин (іонів важких металів та органічних пестицидів) у різних концентраціях та запропоновано алгоритми вирішення зворотної задачі (кількісного визначення складу сумішей по значеннях відгуків сенсорного масиву). Експериментально підтверджено ефективність цього підходу за допомогою масиву ферментних сенсорів на основі ІСПТ.
· Реалізовано динамічну частотно-розподілену модель багатоелементної електрохімічної системи за принципом "одна частотна точка вимірюваного імпедансу - один сенсор" на основі ємнісної комірки з досліджуваним розчином та спектроімпедансного методу дослідження, придатну для розпізнавання рідинних середовищ.
· Теоретично розраховано та експериментально підтверджено можливість визначення кількісного складу 2- та 3-компонентних електропровідних та діелектричних гетерогенних рідких сумішей (водно-спиртових, бензино-спиртових та бензино-водно-спиртових) шляхом вимірювання частотних залежностей складових імпедансу розчинів в широкому діапазоні частот та визначення з них питомого опору і діелектричної проникності досліджуваного розчину, а з останніх - кількісного складу суміші.
· Запропоновано спосіб побудови багатоелементної оптоелектронної системи газового аналізу на основі одного фотоприймального пристрою з цифровою фіксацією R,G,B-компонент світла та масиву інтерференційно забарвлених органічних шарів, та показана результативність такої системи для детектування і розпізнавання газів.
· Запропоновано адсорбційно-дифузійну модель взаємодії газів з тонкими органічними плівками каліксаренів різних типів, доведено наявність неоднорідної адсорбції поверхневого типу для більшості каліксаренів та показано, що з із низки досліджених трет-бутильних каліксаренів найкращими за величиною та лінійністю адсорбційної ізотерми є каліксарени 5-го та 6-го типів.
· Розроблено серійну та високо відтворювану технологію хімічного синтезу тонких однорідних чутливих покриттів на основі композитних каліксарен-фотополімерних шарів для колориметричного детектування парів аміаку з високою чутливістю на рівні 0,1 ppm.
· Методами плазмонного резонансу та електрохімічної імпедансної спектроскопії вперше встановлено закономірності адсорбції біомолекул на шари золота, зокрема, продемонстровано залежність адсорбції від прикладеного електричного потенціалу. Розроблено технологію електрохімічного біосенингу на поверхневому плазмоному резонансі з регулюванням прикладеного електричного потенціалу в залежності від ізоелектричних властивостей біомолекули.
· Розроблено теоретичне підґрунтя для опису явища підсилення флуоресцентного сигналу за допомогою високопровідних металевих наноструктур на діелектричній підкладці.
· Розроблено методику молекулярного імпринтингу з підсиленням сигналу в сенсорах на поверхневому плазмоному резонансі шляхом створення об’ємних плазмонних наноантен з інтегрованих наночастинок золота.
· Розроблені композитні полімерні системи з включеннями наночастинок з реверсивними оптоелектронними та фізико-хімічними властивостями використано в матеріалах з окислювально-відновлювальними властивостями для створення відтворюваних багаторазових переключень оптоелектронних систем.
· Розроблена нова технологія створення полімерних матричних структур бажаної конформації для афінних біосенсорів, що базується на процесі фотополімеризації в зоні розсіяння світла, індукованого поверхневими плазмонами.
· Розроблена нова оптична біосенсорна методика, яка базується на можливості варіації агрегатного стану колоїдного золота зі стабілізуючим покриттям на поверхні наночастинки, яка виявляється в значному зміщенні позиції піка у спектрі екстинкції (до 200 нм) та може бути зареєстрована неозброєним оком.
· За допомогою отриманої фундаментальної бази створено низку новітніх сенсорних аналітичних пристроїв експресної дії для визначення хімічних речовин в газових і рідких середовищах: електронний полімерний “ніс”, біоелектронний “язик”, оптоелектронні “НаноПлазмон” та колориметричний “ніс”.

Розробки

Найбільш вагомі науково-технічні розробки:

Сенсорні чутливі елементи на основі невпорядкованих масивів наноструктур золота та срібла на скляних підкладках (наночипи).
Портативний фотометр-біохемосенсор на основі локалізованого поверхневого плазмонного резонансу (ЛППР) з електрохімічними функціями з можливістю роботи в автономному режимі та проведення одночасних електрохімічних і оптичних вимірювань у видимому спектральному діапазоні.
Сенсорні чутливі елементи на основі нанокомпозитів, що містять наночастинки срібла та золота різної форми та розмірів, зокрема, з використанням молекулярно-імпринтованих полімерів.
Портативний хемосенсор на основі плазмон-підсиленої флюоресценції для виявлення ряду речовин у наднизьких концентраціях (вибухових ароматичних нітросполук або їх хімічних аналогів, афлатоксинів тощо).
Портативний мультибіосенсорний сигналізатор загальної токсичності розчинівдля оперативного визначення загальної токсичності водних розчинів різного походження.
Спектральний сенсор поверхневого плазмонного резонансу (ППР) з колориметричною RGB-реєстрацією для детектування газів з чутливістю до 10 ppm.
Серія мультибіосенсорних приладів МЕС-2, МЕС-3, МЕС-5 на основі масивів рН-чутливих польових транзисторів для ферментного прямого або інгібіторного аналізу хімічних (в т.ч. токсичних) речовин у водних середовищах, продуктах харчування, напоях і т.і., а також основних метаболітів крові (глюкози, сечовини, креатиніну) у фізіологічних розчинах.
Мікроелектронні твердотільні потенціометричні рН-чутливі електроди уніфікованого типу на основі інтегральних кремнієвих кристалів з диференційною парою рН-чутливих польових транзисторів. Електроди призначені для біосенсорних приладів серії МЕС та інших сенсорних застосувань.
Портативний імпедансний аналізатор розчинів ІМ-1 для ідентифікації низькоомних водно-спиртових розчинів (марок горілчаних напоїв) за технологією розпізнавання хімічних образів та спеціалізований варіант аналізатора ІМ-2 для дослідження кількісного складу слабопровідних та діелектричних багатокомпонентних органічних розчинів, в т.ч. на основі бензинів, нафти, масел.
Оптоелектронні біосенсорні прилади “НаноПлазмон-003” та “Флюоротест Нано” на ефекті ЛППР в металевих наноструктурах, які дозволяють відслідковувати процеси в нанорозмірних системах, що призводять до локальних змін показника заломлення середовища, й придатні для дослідження біомолекулярних взаємодій.
Оптоелектронні колориметричні газоаналізатори КД-1, КД-2 універсального типу для детектування газів та органічних газових сумішей за інтерференційною зміною кольору тонких органічних шарів, та спеціалізований оптоелектронний блок до течошукача летючих газів КД-3 (аміак, аміл, гептил) на основі хімічних колірних індикаторів для визначення місць розгерметизації промислового обладнання, що заповнене аміаком.
Комерційний оптоелектронний аналізаторний прилад - віскозиметр “АМВ-3” для контролю якості незбираного молока із функцією визначення кількісного вмісту соматичних клітин у молоці.
Мікроелектронні хеморезистивні датчики уніфікованого типу на основі диференційних растрових систем металевих електродів з типовими розмірами растрового елементу від 10 до 100 мкм для рідинної кондуктометрії та імпедансметрії.
Методики кількісного аналізу багатокомпонентних газових та рідких сумішей за допомогою масивів сенсорів з перехресною селективністю з використанням методів регресійного аналізу.
Методика кількісного аналізу дво- та трикомпонентних водно-органічних сумішей з похибкою визначення об’ємного вмісту компонент не гірше 0,5-1%.
Методика ідентифікації водно-спиртових напоїв (марок горілчаних виробів).

Обладнання та установки:

LPPR

Портативний фотометр-біохемосенсор на основі явища ЛППР з електрохімічними функціями

Hemosensor

Портативний хемосенсор на основі плазмон-підсиленої флюоресценції

RGB

Оптоелектронний сенсор на основі ефекту спектрального ППР з колориметричною RGB-реєстрацією відгуків

Portativ

Портативний мультибіосенсорний сигналізатор загальної токсичності розчинів

Signalizator

Переносний сигналізатор присутності екологічно шкідливих або отруйних летких речовин у повітрі

Biosensor Nano

Біосенсорний флюориметр “Флюоротест Нано”

5.5

Модифікований портативний біохімічний аналізатор МЕС 5.5

1-03

Аналізатор якості молока АМВ-1-03

ISPT-2

Багатоканальний біохімічний аналізатор “ІСПТ-2”

ISPT-3

Портативний біохімічний аналізатор “ІСПТ-3”

Optoblok

Оптоелектронні блоки до течошукачів аміаку

IM-1

Аналізатор якості водно-спиртових розчинів ІМ-1

NanoPlazma-3

Біосенсорний ЛППР-прилад “НаноПлазмон-003”

ASK-1

Аналізатор якості молока АСК-1

Диференційні електроди на основі рН-чутливих польових транзисторів

Портативний імпедансний вимірювач високоомних органічних розчинів ІМ-2

3-1

Спеціалізований колориметричний газоаналізатор -течочукач КД-3

Портативний колориметричний аналізатор аміаку

Обладнання

Відділ має наступну матеріально-технічну базу, обладнання та устаткування:

Аналізатор розміру наночастинок і дзета-потенціалу Zetasizer Nano ZS;
Лабораторна система очищення води (І-го та ІІ-го класу) Adrona B30 Bio;
Ванна для нагріву з контролем температури IKA HBR4;
Вакуумна установка для напилення плівок ВУП-5М;
Двопроменевий UV-Vis спектрофотометр Unico SpectroQuest 4802;
Двопроменевий UV-Vis спектрофотометр Shimadzu UV-2600i;
Спектрометр поверхневого плазмонного резонансу NanoSPR 310;
Ближньоінфрачервоний спектрометр Ocean Optics MAYA2000PRO-NIR;
Спектрофлуорофотометр Shimadzu RF-6000;
Спектрометри UV-Vis StellarNet BW-UVNb-25 таBLACK-Comet BLK-CXR;
Набір світлодіодів та діодних лазерів для збудження на довжинах хвиль 254, 365, 405, 532, 540, 650, 780, 808, 820, 930 та 980 нм;
Оптичний мікроскоп XY-B2;
Центрифуга Biosan Microspin 12;
Аналітичні ваги Mettler-Toledo XSR105DU;
Магнітна мішалка з підігрівом Velp AREX6 Digital PRO з цифровим контактним терморегулятором VTF;
Муфельна піч SNOL 13/1100;
Вортекс-міксер Velp ZX4;
Мікроскоп MICROmed XS-3330 з відеокамерою;
Інтерференційний мікроскоп МІІ-4;
Перистальтичні насоси Watson-Marlow SciQ 400 та Masterflex C/L;
Ультразвуковий очищувач УЗМ-002;
Лабораторна витяжна шафа;
Шафа сушильна СП-30С;
Центрифуга для нанесення тонких плівок Ossila spin coater;
УФ-озонатор Ossila ozone UV cleaner;
3D-принтери Vernerfab A4 та Ultimaker Connect 2+;
Інфрачервона паяльна станція ACHI IR6500;
Газовий хроматограф-мас-спектрометр з квадрупольним аналізатором Shimadzu GCMS-QP2020 NX;
Осцилографи цифрові Agilent Tech.150 МГц DSO3152A та Siglent 100 МГц SHS810;
Генератор спеціальних сигналів MATRIX MFG-2110F;
Блок живлення 3х-канальний MATRIX MPS-3003L;
Імпеданс-метр LCR-821 Gw Instek;
Мультиметр Fluke-287;
рН-метри Cyberscan pH-110;
Аналогові осцилографи, генератори, блоки живлення.

Проекти

Участь у міжнародних проектах (2015-2025 рр.):

УНТЦ проєкт №6044 “Розробка “розумних наноносіїв”на ефекті фототеплового плазмонного підсилення для цільової доставки ліків в організмі людини”, 2015-2017 рр.;

НАТО проєкт №G5361 “Технологія створення високочутливої селективної наноантени для детекції вибухових речовин” (“Technology of high-selective imprinted nanoantenna for explosives detection”), Програма НАТО «Наука заради миру і безпеки», 2018-2021 рр.;
CRDF Global проєкт №FSA3-19-65495-0 “Високоселективне визначення афлатоксинів в зерні та кормах з використанням наноструктурованих полімерних мембран“ (“Highly-selective recognition of aflatoxins in cereals and feeding stuffs using nanostructured polymeric membranes”), 2020-2021 рр.;
Білатеральний проєкт МОН-OeAD (Австрія) “Збирання ІЧ-енергії за допомогою фотомеханічного приводу” (“HarvestingoftheIRenergyusingaphotomechanicalactuator”), 2021-2022 рр.;
НАТО проєкт №G5757 “Розумні наноматеріали та сигнальний бейдж для детектування токсичних газів мобільними пристроями“ (“Smart Nanomaterials and a Soldier Alarm Badge to Detect Toxic Gases by Mobile Devices”), Програма НАТО «Наука заради миру і безпеки», 2021-2024 рр.;
Білатеральний проєкт МОН-OeAD (Австрія) “Моделювання оптичних властивостей упорядкованих ґраток плазмонних наночастинок та інтерпретація експериментальних результатів, отриманих методом мікроеліпсометрії” (“Modeling of optical properties of ordered lattices of plasmonic nanoparticles and interpretation of experimental results obtained by micro-ellipsometry“) (М/26-2023, М/33-2024), 2023-2024 рр.;
Білатеральний проєкт МОН-НФД (Литва) “Робимо темряву яскравішою: Візуалізація інфрачервоного випромінювання за допомогою термічної активації сповільненої флуоресценції” (“Making the dark brighter: Visualization of the infra-red by thermally activated delayed fluorescence“) (М/54-2024), 2024-2025 рр.

Участь у державних та академічних програмах (2015-2025 рр.):

Проєкт Національного фонду досліджень України №2023.04/0057 «Портативна сенсорна платформа на основі плазмон-підсиленої флюоресценції для виявлення вибухових речовин» (конкурс «Наука для зміцнення обороноздатності України»), 2024-2025 рр.;
Дослідження у рамках:
- Державної цільової програми (2014-2017 рр.);
- Комплексної науково-технічної програми НАН України (2013-2017 рр.);
- Відомчої тематики НАН України (2015-2017 рр., 2017-2021 рр., 2018-2020 рр., 2021-2023 рр., 2024-2026 рр.);
- Цільової науково-технічної програми НАН України (2017-2018 рр.);
- Бюджетної тематики НАН України (2016-2020 рр., 2021-2025 рр.);
- Цільової програми наукових досліджень НАН України (2018-2022 рр.);
- Пріоритетної відомчої тематики 1230 (2022-2023 рр.);
- Науково-дослідних робіт молодих учених НАН України (2023-2024 рр.);
- Грантів НАН України дослідницьким лабораторіям/групам молодих вчених НАН України для проведення досліджень за пріоритетними напрямами розвитку науки і техніки (2024-2025 рр., 2026-2027 рр.).

Публікації

2019

Публікації за 2020-2025 рр.

Найбільш вагомі наукові і науково-технічні результати

У 2015-2025 рр.:

· Виготовлено сенсорні чутливі елементи на основі невпорядкованих масивів наноструктур золота (МНЗ) на скляних підкладках розміром 13×25 мм (ЛППР-наночипи). Розкид розмірів МНЗ за висотою складає 40-80 нм, за еквівалентним радіусом 20-60 нм.

До 2015 р.:

· Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено швидкий метод відбору окремих сенсорів до оптимального сенсорного масиву та показано, що такий масив буде складатися з набору не більше ніж 4-6 сенсорів, які мають найкращі показники власної селективності до ряду досліджуваних аналітів.

· Показано, що хеморезистивні газові сенсори на основі плівок ЕПП, допантами до яких є великі гетерополіаніони напівпровідникових оксидів типу Кегіна PMe₁₂O₄₀ (де Ме - перехідні метали Мо, W або V), мають суттєво вищу власну селективність до органічних сполук та покращену стабільність електропровідних характеристик в порівнянні з такими ж сенсорами із звичайними допантами.

· Встановлено, що під впливом молекул газу змінюється співвідношення між числом поляронів і біполяронів, які є двома основними формами носіїв заряду в полімері полі(3-метил)тіофен та відрізняються суттєво різною рухливістю, що безпосередньо впливає на електропровідність полімерного шару та визначає величину і знак відгуку хеморезистивних сенсорів на його основі.

· Розроблено метод кількісного аналізу багатокомпонентної газової суміші за допомогою масиву хеморезистивних сенсорів з перехресною чутливістю та вперше реалізовано спробу вирішення оберненої задачі кількісної ідентифікації 4-х-компонентних газових сумішей органічних молекул-розчинників в атмосферному повітрі.

· Встановлено фізичний механізм газочутливості острівцевих золотих плівок з перколяційним характером електропровідності в сукупності з тонкими шарами органічних молекул – нанорухливість острівців металу під дією механічних напружень в органічному шарі.

· Запропоновано механізм виникнення нестабільності електричних параметрів іон-селективних польових транзисторів (ІСПТ) при роботі в рідинах, що пов'язаний з процесом накопичення нерівноважного позитивного заряду в приповерхневому шарі діелектрика (нітриду кремнію) на границі розділу з електролітом за тривалої дії прикладеного електричного поля.

· Розроблено ряд фізико-хімічних моделей для відтворення відгуків ферментних сенсорів на багатокомпонентні суміші токсичних речовин (іонів важких металів та органічних пестицидів) у різних концентраціях та запропоновано алгоритми вирішення зворотної задачі (кількісного визначення складу сумішей по значеннях відгуків сенсорного масиву). Експериментально підтверджено ефективність цього підходу за допомогою масиву ферментних сенсорів на основі ІСПТ.

· Реалізовано динамічну частотно-розподілену модель багатоелементної електрохімічної системи за принципом "одна частотна точка вимірюваного імпедансу - один сенсор" на основі ємнісної комірки з досліджуваним розчином та спектроімпедансного методу дослідження, придатну для розпізнавання рідинних середовищ.

· Теоретично розраховано та експериментально підтверджено можливість визначення кількісного складу 2- та 3-компонентних електропровідних та діелектричних гетерогенних рідких сумішей (водно-спиртових, бензино-спиртових та бензино-водно-спиртових) шляхом вимірювання частотних залежностей складових імпедансу розчинів в широкому діапазоні частот та визначення з них питомого опору і діелектричної проникності досліджуваного розчину, а з останніх - кількісного складу суміші.

· Запропоновано спосіб побудови багатоелементної оптоелектронної системи газового аналізу на основі одного фотоприймального пристрою з цифровою фіксацією R,G,B-компонент світла та масиву інтерференційно забарвлених органічних шарів, та показана результативність такої системи для детектування і розпізнавання газів.

· Запропоновано адсорбційно-дифузійну модель взаємодії газів з тонкими органічними плівками каліксаренів різних типів, доведено наявність неоднорідної адсорбції поверхневого типу для більшості каліксаренів та показано, що з із низки досліджених трет-бутильних каліксаренів найкращими за величиною та лінійністю адсорбційної ізотерми є каліксарени 5-го та 6-го типів.

· Розроблено серійну та високо відтворювану технологію хімічного синтезу тонких однорідних чутливих покриттів на основі композитних каліксарен-фотополімерних шарів для колориметричного детектування парів аміаку з високою чутливістю на рівні 0,1 ppm.

· Методами плазмонного резонансу та електрохімічної імпедансної спектроскопії вперше встановлено закономірності адсорбції біомолекул на шари золота, зокрема, продемонстровано залежність адсорбції від прикладеного електричного потенціалу. Розроблено технологію електрохімічного біосенингу на поверхневому плазмоному резонансі з регулюванням прикладеного електричного потенціалу в залежності від ізоелектричних властивостей біомолекули.

· Розроблено теоретичне підґрунтя для опису явища підсилення флуоресцентного сигналу за допомогою високопровідних металевих наноструктур на діелектричній підкладці.

· Розроблено методику молекулярного імпринтингу з підсиленням сигналу в сенсорах на поверхневому плазмоному резонансі шляхом створення об’ємних плазмонних наноантен з інтегрованих наночастинок золота.

· Розроблені композитні полімерні системи з включеннями наночастинок з реверсивними оптоелектронними та фізико-хімічними властивостями використано в матеріалах з окислювально-відновлювальними властивостями для створення відтворюваних багаторазових переключень оптоелектронних систем.

· Розроблена нова технологія створення полімерних матричних структур бажаної конформації для афінних біосенсорів, що базується на процесі фотополімеризації в зоні розсіяння світла, індукованого поверхневими плазмонами.

· Розроблена нова оптична біосенсорна методика, яка базується на можливості варіації агрегатного стану колоїдного золота зі стабілізуючим покриттям на поверхні наночастинки, яка виявляється в значному зміщенні позиції піка у спектрі екстинкції (до 200 нм) та може бути зареєстрована неозброєним оком.

· За допомогою отриманої фундаментальної бази створено низку новітніх сенсорних аналітичних пристроїв експресної дії для визначення хімічних речовин в газових і рідких середовищах: електронний полімерний “ніс”, біоелектронний “язик”, оптоелектронні “НаноПлазмон” та колориметричний “ніс”.

Пошук

Навігаційний перегляд пошуку

Навігація