Оксид алюминия заставляет молекулы светиться ярче

Ученые выяснили, что тонкие пленки из оксида алюминия могут усиливать свечение органических молекул почти в пять раз.

В отличие от дорогих материалов, таких как золото или серебро, оксид алюминия дешевле и устойчивее к химическим воздействиям. Это открытие может помочь создать доступные и точные медицинские датчики, например, для диагностики аллергии.

Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Optical Materials.

Сенсоры — это важная часть современной медицины. Они помогают врачам быстро получать данные о здоровье: уровень кислорода в крови, давление или наличие аллергических реакций. Светящиеся сенсоры особенно удобны: они маленькие, потребляют мало энергии, но при этом работают быстро и точно. Их принцип прост: когда сенсор взаимодействует с определенным веществом, например, антителом, он начинает светиться. Проблема в том, что такие сенсоры сложно и дорого производить.

Ученые из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге нашли способ сделать производство проще и дешевле. Они создали тонкие пленки из оксида алюминия, которые усиливают свечение красителей. Для этого они нанесли слой алюминия на стекло, а затем обработали его щавелевой кислотой с помощью электрического тока. Этот процесс называется анодированием. В результате на поверхности алюминия образовался слой оксида, который и придает материалу нужные свойства.

Исследователи заметили, что если повысить температуру раствора кислоты, свечение пленки становится ярче. Например, при нагреве с 5°C до 40°C яркость увеличилась в пять раз. Это происходит потому, что при высокой температуре на поверхности пленки образуется больше светящихся участков.

Чтобы проверить, как пленка будет работать с биологическими молекулами, ученые добавили в нее краситель родамин 6G. Оказалось, что пленка усиливает свечение красителя в красной области спектра, а свое свечение в зеленой области, наоборот, теряет. Это связано с тем, что энергия от светящихся участков пленки передается красителю, заставляя его светиться ярче. Причем пленка, обработанная при 40°C, показала лучший результат — свечение красителя усилилось в пять раз.

Мы можем использовать оксид алюминия для создания аллергочипов — устройств, которые определяют склонность к аллергии. Такие чипы уже существуют, но они дорогие, потому что сделаны из сложных материалов. Оксид алюминия работает так же хорошо, но стоит дешевле и устойчивее к химии. В будущем мы планируем улучшить свечение и сделать структуру пленок более упорядоченной. Это сделает технологию такой же надежной, как и существующие аналоги, — говорит Игорь Никитин, инженер-исследователь из Университета ИТМО.

Преимущества оксида алюминия:

• Дешевле драгоценных металлов.
• Устойчив к химическим воздействиям.
• Усиливает свечение в пять раз.
• Подходит для создания медицинских датчиков.

Раенее ученые вырастили светящиеся цветы.

Фото: установка для анодирования. Источник: Игорь Никитин.

27.02.2025