ИСТИНА

Основная цель проекта - разработка новых физико-химических и технологических подходов к созданию высокочувствительных, селективных и стабильных люминесцентных структур на основе массивов пористого анодного оксида алюминия (ПАОА), содержащих вакансии различной природы и применяемых для детектирования различных биомаркеров.

Detection of pathogens, drugs, cells and biomarkers is key to the diagnosis of a number of diseases.Their low quantity in biological fluids is a serious obstacle to rapid, reproducible and quantitative determination.The creation of highly sensitive sensors of a new generation is necessary for diagnosing diseases in the early stages, which will make it possible to effectively predict, treat and control their course.One of the promising approaches to improving the functional properties of optical sensors is the inclusion of substrates made of nanostructures into the optical system.The characteristics of such sensors can be tuned using nanomaterials of various shapes and sizes, allowing the creation of simple, fast and stable platforms for clinical applications such as diagnostics and imaging. However, high cost and low stability, combined with the complexity of synthesis technologies, often hinder the commercialization of many optical sensors. This study proposes the use of porous anodic aluminum oxide (PAAО) arrays containing vacancies of various natures and concentrations.These nanostructures, due to their chemical and thermal inertness, refractoriness, and availability of manufacturing technology, have already been widely used in various fields of science and technology.The ability to form layers of porous aluminum oxide with a high degree of order, high aspect ratio and the ability to control the sizes of pores and oxide cells allows it to find new and different applications.The use of luminescence is one of the options for creating biosensors based on porous anodic aluminum oxide.The electrolyte composition and anodizing conditions determine the luminescent properties of aluminum oxide films. Due to the Fabry-Perot effect, when organic molecules are deposited inside porous matrices, oscillations appear in the photoluminescent spectrum. On the other hand, luminescence of porous aluminum oxide can complicate the study of composites based on PAАO matrices and reduce the reproducibility of the optical characteristics of such composites. Also, luminescence of the porous matrix can lead to incorrect display of Raman spectra. As a result, instead of maxima characterizing bonds in a substance, a luminescent halo may appear in the spectra, with chaotic lines that do not reflect the structure of either the matrix or the material deposited inside it.Thus, it is necessary to study the luminescence mechanism of porous matrices in order to be able to create and use reliable sensor platforms based on porous anodic alumina films. One of the determining factors influencing the luminescent properties of PAАO films is the presence of spin centers - oxygen vacancies and electrolyte ions introduced into the oxide structure during synthesis.The electron paramagnetic resonance method is a highly sensitive method that allows you to determine the type and concentration of spin centers in a wide range of materials.The use of this method will allow us to obtain new information about the influence of synthesis conditions and methods of subsequent processing of PAO films on the characteristics of spin centers (defects), which is a determining factor for identifying the mechanisms of luminescence in this material.The main results of the study will be the establishment of relationships between synthesis conditions (type of electrolyte, electrophysical parameters of the anodic oxidation process), subsequent processing (thermal, chemical) and modification, types and concentrations of spin centers in the resulting structures and their optical properties, which will allow developing approaches to controlling functional properties PAАO films to optimize optical sensor platforms based on it for detecting different biological analytes with high sensitivity and selectivity using various optical methods.

Закономерности влияния условий анодного окисления на морфологию, фазовый и химический состав пленок ПАОА, получаемых в растворах селеновой и серной кислот. 2. Модель встраивания ионов в пористый анодный оксид алюминия, формируемый в растворах селеновой и серной кислот. 3. Особенности механизмов люминесценции пленок ПАОА, полученных в неорганических кислотах. 4. Закономерности влияния морфологии и состава пленок, в том числе, встроенных ионов, оксида алюминия на люминесцентные свойства оксида алюминия и характеристики спиновых центров. 5. Механизм взаимодействия пористых оксидных пленок и модельного аналита, учитывающий особенности спиновых центров. 6. Взаимосвязь чувствительности и селективности сенсорных структур к модельному аналиту от типа и концентрации спиновых центров, присутствующих в структуре пленок ПАОА. 7. Закономерности влияния условий анодного окисления на морфологию, фазовый и химический состав пленок ПАОА, получаемых в растворах щавелевой и оксиэтилендифосфоновой кислот. 8. Модель встраивания ионов в пористый анодный оксид алюминия, формируемый в растворах щавелевой и оксиэтилендифосфоновой кислот. 9. Особенности механизмов люминесценции пленок оксида алюминия, полученных в щавелевой и оксиэтилендифосфоновой кислотах, и закономерности влияния морфологии и состава пленок оксида алюминия на концентрацию спиновых центров. 10. Механизм взаимодействия пористых оксидных пленок, сформированных в органических электролитах, и модельного аналита, учитывающий особенности спиновых центров. 11. Закономерности влияния морфологии и состава пленок, в том числе, встроенных ионов, на люминесцентные свойства пленок оксида алюминия, полученных в органических кислотах. 12. Взаимосвязь чувствительности и селективности к модельному аналиту сенсорных структур от типа и концентрации спиновых центров, присутствующих в структуре пленок ПАОА, сформированных в органических электролитах.

Разработаны принципы управления электрофизическими и геометрическими параметрами пористых анодных оксидов алюминия и титана, за счет установления взаимосвязей свойств получаемых наноструктур с технологическими параметрами процесса формирования. В рамках данного исследования были проведены исследования формирования пористых/нанотрубчатых оксидов алюминия (Al) и титана (Ti) в гальваностатическом и потенциостатическом режиме анодирования. Были получены зависимости геометрических параметров формируемых слоев от плотности тока, времени анодирования и состава электролита. Разработанная методика формирования анодных оксидов вентильных металлов позволяет получить наноструктурированные слои оксида титана, обладающие высокой воспроизводимостью и повышенной упорядоченностью. Изучено влияние параметров процесса анодирования на геометрические параметры пористого диоксида титана для оптимизации и повышения эффективности солнечных элементов со сверхтонким поглощающим слоем (СЭСПС). Во время расчетов были получены оптимальные геометрические параметры слоя. Для этого исследования были оптимизированы такие параметры, как плотность анодного тока, состав электролита и температура, а также время процесса анодного окисления. Используя оптимизированный слой фотоэлектрода TiO2 с толщиной пористого слоя 3,6 мкм и диаметром пор более 80 нм, эффективность СЭСПС повышена в 3 раза по сравнению с не наноструктурированным фотоэлектродом на основе TiO2. Был предложен метод модифицирования структуры НТАОТ, а именно использования углеродсодержащего слоя в качестве слоя-прекурсора для последующего модифицирования структуры НТАОТ углеродом. Методами энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и рентгеноструктурного анализа было установлено, что при использовании инертной атмосферы (аргон) в процессе термической постобработки показали наличие углеродного слоя в кристаллической структуре НТАОТ.

1) Взаимосвязь между условиями термической и химической обработки и морфологией, фазовым и химическим составом. 2) Взаимосвязь между условиями термической и химической обработки и оптическими свойствами пленок оксида алюминия. 3) Особенности механизмов люминесценции пленок оксида алюминия, подвергнутых термической и химической обработке. 4) Выявленные различия между механизмами люминесценции оксидов, сформированных в органических электролитах и в неорганических с постобработкой в органических прекурсорах. 5) Сформулированные физико-химические принципы и технологические подходы к повышению чувствительности, селективности и стабильности оптических сенсорных платформ на основе ПАОА. 6) Прототипы сенсорной платформы для детекции актуальных аналитов методами фотолюминесцентной спектроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. 7) Апробация полученных в ходе работы над проектом результатов на профильных международных конференциях и публикация 9 работ на основе полученных результатов в высокорейтинговых журналах.