Ученые МИФИ создали прибор, увеличивающий эффективность химических реакций

Сотрудники научного центра Нано-Фотон Инженерно-физического института биомедицины Национального исследовательского ядерного университета МИФИ создали новую установку — фотореактор.

Он позволяет в 10 раз увеличить эффективность химических реакций. Это может помочь быстрее получать биологически активные соединения.

Работа реактора основана на принципах поляритонной химии, которая изучает взаимодействие света и вещества. Чтобы свет повлиял на химические реакции, его нужно «сжать». В основе созданного фотореактора лежит интерферометр Фабри-Перо — это устройство с двумя параллельными зеркалами, расстояние между которыми измеряется десятками нанометров.

В резонаторе находятся очень маленькие частицы вещества, молекулы которого возбуждаются с помощью лазера. Свет в резонаторе движется между зеркалами без потерь энергии, поэтому молекула не успевает успокоиться и остается активной. Получается два уровня энергии: один высокий, другой низкий.

Колебательные уровни молекул связаны с химическими реакциями. Благодаря разделению уровней и использованию более высокого из них, химические реакции проходят лучше. В результате получается примерно в 10 раз больше нужного химического соединения, чем если бы реакция проходила без фотореактора.

У нового прибора есть важная особенность: он не только увеличивает количество получаемых химических соединений, но и позволяет создавать вещества с определенными свойствами.

Представьте себе две зеркально симметричные молекулы. Обычно в ходе химической реакции они создаются в одинаковом количестве. Но новый прибор — поляритонный фотореактор, созданный в МИФИ — позволяет синтезировать преимущественно один тип таких молекул, которые называются энантиомерами. Это может быть очень полезно в фармацевтике, потому что молекулы-энантиомеры часто более эффективны, чем их «зеркальные отражения».

Разделить симметричные энантиомеры раньше было сложно. Теперь же можно избирательно синтезировать нужные химические соединения.

Новый прибор может быть полезен в фармацевтике и химической промышленности. Но его возможности работают только с очень маленькими дозами веществ, которые можно увидеть только под микроскопом. Чтобы использовать этот прибор на производстве, нужно создать много таких устройств и объединить их в систему.

В ходе разработки фотореактора учеными МИФИ было зарегистрирована 3 патента.

Разработка фотореактора финансируется грантом Российского научного фонда в рамках программы «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными».

После завершения гранта работы над реактором планируется продолжать в рамках Лаборатории оптических квантовых сенсоров в новом научном центре LIFT ( «Life Improvement by Future Technologies») расположенном на территории Сколково.

Ранее ученые сравнили два процессора — химический и электронный, — и сделали вывод, что у первого производительность выше.

19.12.2024