Чувствительный элемент сенсора (площадью несколько квадратных миллиметров) печатается на обычной офисной бумаге. Но чернила необычные — авторская разработка ученых ИФП СО РАН. В результате на бумагу ложатся слои толщиной в единицы нанометров, из графена и проводящего полимера PEDOT:PSS. При нанесении такого композита на бумагу в слое формируются вертикально расположенные частицы графена, и они выступают как катализаторы окисления глюкозы, а уровень сигнала сенсора (его проводимость) зависит от количества продуктов окисления. Это первый в России образец сенсора такого типа.

Сенсор можно разместить на запястье или практически в любом месте, где удобно пользователю. Сейчас к сенсору разрабатывается небольшой модуль для быстрого считывания (за доли секунды), преобразования, усиления сигнала и передачу данных на телефон через Bluetooth канал.

«Неинвазивные (не требующие прокола кожи) сенсоры глюкозы разрабатываются во всем мире. В качестве чувствительного элемента создается, как правило, многослойная структура, довольно толстый “пирожок”. В таком случае, чтобы обеспечить высокий уровень сигнала, требуется обильное потоотделение и нужен дополнительный подогрев кожи, —  комментирует руководитель научной группы, ведущий научный сотрудник лаборатории физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Ирина Вениаминовна Антонова. — Мы выбрали другой путь — сделали очень тонкий слой с определенной структурой, которая обеспечивает селективность, и получили высокую чувствительность сенсора. Но нужно было решить многопараметрические задачи, начиная от разработки состава чернил, соотношения компонентов, их вязкости, концентрации и заканчивая подбором режима печати и основы для нанесения чернил».

В качестве оптимальных материалов для печати гибкого сенсорного слоя, ученые выбрали офисную бумагу и нетканое полотно (спанлейс). Но тестировалось множество тканей — от шелка до хлопка, полимерные материалы, разные виды бумаги. Созданный сенсор — резистивного типа: его электрическое сопротивление меняется при попадании молекул глюкозы на чувствительный элемент. В результате взаимодействия с потом проводимость сенсора увеличивается, что можно зафиксировать, подавая напряжение и измеряя электрический ток. Показано, что проводимость сенсора пропорциональна содержанию глюкозы в крови. В этом случае важна чувствительность, от нее зависит абсолютная величина сигнала и скорость его появления после начала тестирования и, самое важное, — диапазон изменений сигнала: чем он больше, тем меньшие колебания глюкозы можно измерить.

 «Отличие нашего сенсора от разрабатываемых другими группами в России и за рубежом — в том, что мы нашли простой и дешевый способ получить высокий отклик с использованием графена, как основной чувствительной матрицы. Другие авторы выбирали в качестве чувствительного элемента иные компоненты, графен же только усиливал сигнал, — поясняет научный сотрудник молодежной лаборатории нанотехнологий и наноматериалов кандидат физико-математических наук Артём Ильич Иванов.— В самом начале нам казалось, что увеличение толщины печатного слоя (в разумных пределах, до 10 нанометров), приведёт к увеличению сигнала, и получатся более воспроизводимые результаты. Мы пробовали делать более толстые слои, но добиться значительного изменения их проводимости, даже при намокании сенсора было очень сложно. Толстые слои позволяли получить хороший сигнал и быстрый отклик, но при этом, изменение сигнала при изменении сахара было относительно низкое, примерно 30 %. В мире у многих сенсоров именно такой отклик. Но нам хотелось большего, и мы пришли к оптимальному соотношению состава слоя, его толщины и структуры. Выяснилось, что наилучшие характеристики дают два-три печатных слоя. При этом графеновое покрытие должно быть сплошным. Чтобы его таким сделать, пришлось подобрать около десяти разных параметров».

В разработке устройства сейчас участвует научная группа из пяти человек, включая студентов Новосибирского государственного технического университета (НГТУ НЭТИ), для которых результаты исследований ложатся в основу квалификационных работ.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журналах Physical Chemistry Chemical Physics, Российские нанотехнологии (принято в печать), Успехи физических наук. Кроме того, на изобретение получен патент РФ №2811305. Недавно Роспатент включил разработку в рейтинг ТОП-10 изобретений в медицине, которые были запатентованы с 2023 года.

По материалам пресс-службы ИФП СО РАН

Фото Артема Иванова и Надежды Дмитриевой

 

Согласовывать их преображение пришлось, помимо прочих инстанций,  и с комиссией по сохранению культурного наследия, к которому причислена Верхняя зона Академгородка. По традиции росписи стен предшествует этап выбора эскизов, которые будут воплощены в граффити. Темы работ задают институты СО РАН. Депутат горсовета Наталья Ивановна Пинус, представившая эскизы на своей страничке в социальных сетях, рассказала, что в 2021 году художественное отображение получат темы генетически модифицированных организмов (предложение ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН), Пазырыкских курганов и «принцессы Укока» (Институт археологии и этнографии СО РАН), проблемы «Чайника Рассела» (Институт философии и права СО РАН), молекулярно-лучевой эпитаксии (Институт физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН) и биотоплива (ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова СО РАН»). Новые арт-объекты появятся на стенах трансформаторных будок по Морскому проспекту, 30 и 60, Детскому проезду, 9, улице Ученых, 5, Золотодолинской, 3.

В фестивале участвуют команды художников из Москвы, Новосибирска, Томска, Омска и Красноярска — они уже представили 14 тематических эскизов. Лучшие из них выбрало жюри из художников и ученых.  «Мнение экспертов практически совпало с результатами онлайн-голосования», — констатировала Наталья Пинус. Партнерами «Графита науки» выступили две структуры Сибирского отделения РАН: Управление по пропаганде и популяризации научных достижений и Совет научной молодежи, спонсорами — ряд компаний и заведений Академгородка.

Роспись трансформаторных будок запланирована, при условии подходящей погоды, на 28 и 29 июля. Организаторы напоминают, что акция требует поддержки волонтеров, которым следует обращаться по телефону +7 (913) 911-23-80.

Соб. инф., иллюстрация размещена в соц. сетях Натальей Пинус

Исследователи добились управляемого синтеза высококачественных монокристаллов диоксида ванадия  (VO₂) на трехмерных наноструктурах кремния, а также  селективного роста массивов наноколец VO₂. Эти результаты могут использоваться для создания высококачественных логических наноэлементов в нейроморфных компьютерах, «умных» метаматериалов, сенсоров и оптических фотонных устройств. Авторская технология  основана на широко используемой кремниевой технологии, что открывает перспективы для быстрого промышленного внедрения. Работа сотрудников Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (ИФП СО РАН) и  Института неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАН (ИНХ СО РАН) поддержана Российским научным фондом, результаты опубликованы в журнале CrystEngComm.

 «Мы формируем практически все элементы приборов из кремния, используя кремниевую технологию, и только на финальном этапе, в заданных местах: на кремниевых  наноплощадках или иглах синтезируем монокристаллы VO₂. Такой подход открывает возможность массового формирования высокоточных, дешевых VO₂ наноприборов», — объясняет соавтор статьи заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктур ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Виктор Яковлевич Принц.

По материалам пресс-службы ИФП СО РАН

На Земле многослойные полупроводниковые структуры «выращиваются» методом молекулярно-лучевой эпитаксии: атомы разных элементов укладываются на специальную подложку послойно, в результате чего образуются многослойные наноструктуры с нужными свойствами. Чтобы в растущую структуру не попали чужеродные атомы и не испортили ее характеристики, процесс должен происходить в сверхвысоковакуумных установках. Однако, такие  приборы весьма дороги, при этом в земных условиях в них труднодостижимы высокие параметры чистоты вакуума, которые с легкостью можно получить в космосе. Для этого реализуется проект «Экран», участники которого ― ИФП СО РАН, ПАО «РКК «Энергия», ООО НПФ «Электрон» (Красноярск) и другие научные и производственные организации. Сейчас это единственный в мире проект подобной тематики.

«Мы оснастили опытный образец отечественной электроникой, в ближайшее время будут проходить контрольно-доводочные испытания. Вместе с коллегами из красноярской научно-производственной фирмы “Электрон” мы проверим слаженность работы блока управления и установки молекулярно-лучевой эпитаксии. Затем весь комплекс отправим в Москву, и там уже будет проводиться опробование прибора в условиях, приближенных к тем, что есть в космосе», ― говорит главный конструктор проекта, заведующий лабораторией молекулярно-лучевой эпитаксии элементарных полупроводников и соединений А₃В₅ ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Александр Иванович Никифоров.

«Мы сделали и гидромакет установки для предполетных испытаний в воде, которые проводятся по стандартам РКК “Энергия”. Последние нужны, чтобы космонавт мог совершить в бассейне, в костюме похожем на скафандр, все действия, которые потребуются на орбите. Сейчас обсуждается возможность заключения договора с НИИ “Центр подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина”. К нам планируется откомандировать двоих космонавтов, а мы, в свою очередь, отправим к ним наших технологов», ― объясняет научный руководитель проекта, заведующий отделом ИФП СО РАН доктор физико-математических наук Олег Петрович Пчеляков.

Вся установка спроектирована так, чтобы синтез полупроводникового материала происходил автоматически. Космонавту нужно будет провести лишь некоторые подготовительные этапы, присоединить кассету с подложками арсенида галлия (GaAs), а после завершения процессов синтеза, снять ее и отправить на Землю в спускаемом модуле.

«Эргономические характеристики установки обусловлены, в том числе и размерами скафандра: космонавт в огромных перчатках сможет с легкостью выполнить задачи связанные с обслуживанием прибора. При этом все комплектующие сделаны с учетом крайне жестких ограничений по габаритам и весу, поскольку стоимость каждого килограмма груза, доставленного на орбиту ―  около 20 тысяч долларов, а пространственные размеры определяются параметрами грузового люка», ― подчеркивает ведущий инженер лаборатории молекулярно-лучевой эпитаксии элементарных полупроводников и соединений А₃В₅ ИФП СО РАН Дмитрий Николаевич Придачин.

Установку для выращивания полупроводников планируется разместить на Международной космической станции за специальным экраном. Упрощенно его можно представить как диск из нержавеющей стали, двигающийся вместе со станцией с первой космической скоростью. В кильватере диска  образуется сверхвысокий вакуум с характеристиками, не достижимыми в земных условиях. Поэтому «космические» полупроводниковые материалы во время синтеза будут защищены от попадания чужеродных атомов, и, как следствие, практически бездефектны.  Эти материалы могут использоваться, в частности, для производства легких и радиационно-стойких солнечных батарей, которые востребованы, в том числе на самой МКС. Ученые предполагают, что КПД таких устройств будет выше, чем у аналогичных панелей полностью земного происхождения, благодаря высокому качеству полупроводникового материала.                                         

По материалам пресс-службы ИФП СО РАН, фото из открытых источников