Изменить со вкусом: зачем ученым соединять несоединимое

Гибридные материалы — тренд современной науки, они находятся на пике популярности не первый год. Несмотря на то, что «умные» материалы не внедрены в производство, ученые уже сейчас нашли массу вариантов их применения. Как изменится жизнь человечества в связи с развитием «умных» поверхностей, и какие разработки в этой области ведут в Томском политехе — в материале РИА Новости . 

Гибридные материалы сочетают в себе несколько свойств различной природы: например, соединение неорганических и органических материалов.   Впервые о гибридных материалах заговорили в начале 2000-х, особую популярность они получили в 2010-м: ученые из разных стран мира начали изучать эту тему, научные статьи регулярно попадают в топ по цитированию и просмотрам. Однако массово «умные» материалы планируется начать применять только через 10 лет. 

Гибридные материалы — это продукт сотрудничества ученых из разных областей: химиков, физиков, материаловедов. Все потому, что в одной организации обычно нет всего, что нужно для получения и изучения этих материалов. 

«Необходимо аналитическое оборудование высокого класса и стоимости, обслуживаемое квалифицированными операторами.

Сами исследователи должны обладать широтой научных взглядов и знаний в разных областях науки, чтобы видеть проблематику в целом: знать химию, базовые вещи в физике, в медицине, молекулярной биологии»,

— объясняет доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политехнического университета Павел Постников . 

В России исследованием гибридных материалов занимаются многие вузы, в том числе и Томский политехнический университет. Исследования поддержаны Российским научным фондом. Томские ученые сотрудничают с иностранными коллегам из Чехии, Франции, США, Великобритании, Испании и Германии, некоторые из них участвуют в научном процессе ТПУ, занимаются подготовкой магистрантов и аспирантов. 

В исследовательской школе химических и биомедицинских технологий ТПУ под руководством профессора Мехмана Юсубова реализуется более десяти различных направлений, посвященных разработке гибридных материалов. Павел Постников рассказал о некоторых из них. 

Первое направление — создание высокочувствительных сенсорных систем. Сенсоры — это многослойная конструкция: в их основе тонкая волнообразная золотая пленка размером 1x0,5 см, которая модифицируется специальными органическими соединениями — солями диазония.

Благодаря разработкам исследователей ТПУ, с помощью сенсора можно обнаруживать токсичные вещества, тяжелые металлы, а также некоторые заболевания и дефекты в структуре ДНК. Преимущества «гибридных» сенсоров — сверхчувствительность, скорость проведения анализа и возможность проведения анализа на месте отбора пробы. 

Второе направление — создание материалов, которые на внешние стимулы отвечают изменением свойств. Например, материалы с контролируемой смачиваемостью, нужные в разных сферах науки: от тяжелого машиностроения до космоса и медицины.

Третье — разработка новой методологии проведения органических химических реакций под действием солнечного света в условиях плазмонного катализа. В частности, исследователям ТПУ удалось провести процесс полимеризации — синтеза полимеров — при комнатной температуре под действием света, хотя обычно процесс протекает при высоких температурах. Данные исследования опубликованы в  Journal of Materials Chemistry A .   

Предполагается, что эта методология приведет к созданию химических производств нового типа — эффективных, но гораздо более экологичных. В будущем химические заводы могут строиться в солнечных местах и в качестве источника энергии использовать солнечный свет.

Статьи по тематике гибридных материалов, опубликованные коллективом в высокороейтинговых журнулах в 2019 году: 

Surface Plasmon-Polariton: A Novel Way To Initiate Azide–Alkyne Cycloaddition

Multiresponsive Wettability Switching on Polymer Surface: Effect of Surface Chemistry and/or Morphology Tuning

Dual Mode Chip Enantioselective Express Discrimination of Chiral Amines via Wettability-Based Mobile Application and Portable Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Measurements

Metal-organic framework (MOF-5) coated SERS active gold gratings: A platform for the selective detection of organic contaminants in soil

Unprecedented plasmon-induced nitroxide-mediated polymerization (PI-NMP): a method for preparation of functional surfaces

Chemical modification of gold surface via UV-generated aryl radicals derived 3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)iodonium salt

Rapid SERS-based recognition of cell secretome on the folic acid-functionalized gold gratings

Preparation of Selective and Reproducible SERS Sensors of Hg2+ Ions via a Sunlight-Induced Thiol–Yne Reaction on Gold Gratings