AP08856173 — Синтез и исследование свойств низкоразмерных полупроводниковых материалов для создания высокочувствительных биосенсоров

Целью проекта является: Разработать низкозатратные методы контролируемого синтеза низкоразмерных полупроводниковых материалов, исследовать их физико-химические свойства с целью создания высокочувствительных биоаналитических устройств для применения в медицине, сенсорной электронике, для мониторинга состояния окружающей среды, контроля качества продукции пищевой промышленности.

Актуальность: Разработка биосенсоров, обладающих быстрым детектированием целевых аналитов, достигающих нано/пикомолярных концентраций биомолекул, на основе полупроводниковых наноматериалов является актуальным направлением для здравоохранения при оценке физиологических и метаболических параметров, а также охраны окружающей среды. Люминесцентные, фотокаталитические, пьезоэлектрические, химические и полупроводниковые свойства ZnO, композитов на его основе позволяют создавать биосенсоры, использующие различные типы регистрации сигнала. Научная новизна проекта заключается в разработке низкозатратных методов синтеза композитов полупроводниковых и углеродных наноматериалов, исследовании их физико-химических свойств, обосновании зависимости свойств от геометрических параметров и структуры синтезированных композитных соединений, сочетание уникальных свойств которых позволит получить новые материалы, перспективные для использования при создании аналитических устройств, обладающих высокой чувствительностью и селективностью.

Научный руководитель:  Доктор Ph.D., Ассоциированный профессор, Гриценко Леся Владимировна

Полученные результаты:  В рамках НИР разработан простой и экологически безопасный метод синтеза наночастиц ZnO методом химического осаждения, позволяющий получать высококристаллические структуры с управляемой морфологией. Установлено влияние концентрации щёлочи на структурные, оптические и фотокаталитические свойства ZnO, а также выявлены оптимальные условия, обеспечивающие максимальную эффективность разложения органических загрязнителей. Разработан низкозатратный метод получения композитных структур ZnO–CuO и изучено влияние их состава на фотокаталитическую активность. Синтезированы высокоориентированные наноструктуры ZnO на ITO-подложках, продемонстрировавшие высокую эффективность в иммобилизации ферментов и создании биосенсоров. Исследования показали высокую чувствительность модифицированных электродов при детектировании глюкозы. Разработан оптоволоконный биосенсор для обнаружения биомаркера CD44, продемонстрировавший высокую селективность и воспроизводимость. Полученные результаты подтверждают перспективность разработанных материалов для применения в фотокатализе, сенсорной электронике и медицинской диагностике.

Список публикаций с ссылками на них 

1. Maraeva E.V., Permiakov N.V., Kedruk Y.Y., Gritsenko L.V., Abdullin Kh.A. Creating a virtual device for processing the results of sorption measurements in the study of zinc oxide nanorods // Chimica Techno Acta. – 2020. – Vol. 7, No. 4. – P. 154–158. – DOI: https://doi.org/10.15826/chimtech.2020.7.4.03
2. Кедрук Е.Ю., Айтжанов М.Б., Гриценко Л.В., Абдуллин Х.А. Влияние температуры синтеза на свойства нанокомпозитов ZnO/CuO // Вестник КазНИТУ. – 2020. – № 5 (141). – С. 729–734. – URL: https://vestnik.satbayev.university/index.php/journal/issue/view/63/60
3. Мараева Е.В., Пермяков Н.В., Кедрук Е.Ю., Гриценко Л.В., Абдуллин Х.А. Создание виртуального прибора для обработки результатов сорбционных измерений при исследовании наностержней оксида цинка // Материалы Международной конференции «ФизикА». – СПб., 2020. – С. 189–190. – URL: http://physica.spb.ru/data/uploads/2020/thesises-2020.pdf
4. Abdullin A.Kh., Gabdullin M.T., Zhumagulov S.K., Ismailova G.A., Gritsenko L.V., Mirzaeian M., Kedruk Y.Y. Stabilization of the Surface of ZnO Films and Elimination of the Aging Effect // Materials (Basel). – 2021. – Vol. 14, No. 21. – P. 1–11. – URL: https://www.mdpi.com/1996-1944/14/21/6535
5. Кедрук Е.Ю., Айтжанов М.Б., Палтушева Ж.У., Гриценко Л.В., Абдуллин Х.А. Влияние термической обработки на фотокаталитические свойства наностержней оксида цинка // Материалы Сатпаевских чтений. – Алматы, 2021. – Т. 1. – С. 1094–1097. – URL: https://official.satbayev.university/download/document/20338/Сатпаевские%20Чтения%202021%20-%201%20том.pdf
6. Палтушева Ж.У., Гриценко Л.В. Применение наноструктурированного оксида цинка в биосенсорных устройствах // Материалы Сатпаевских чтений. – Алматы, 2021. – Т. 1. – С. 1101–1105. – URL: https://official.satbayev.university/download/document/20338/Сатпаевские%20Чтения%202021%20-%201%20том.pdf
7. Кедрук Е.Ю., Палтушева Ж.У., Гриценко Л.В., Абдуллин Х.А. Разложение органических соединений под действием фотокаталитически активного ZnO // Материалы Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». – СПб., 2021. – С. 130–131. – URL: http://www.ioffe.ru/AMS/AMS12/Proceedings_AMS_2021.pdf
8. Гриценко Л.В., Палтушева Ж.У., Кедрук Е.Ю., Абдуллин Х.А. Исследование фотокаталитической активности наноструктурированного оксида цинка // ФизикА.СПб: тезисы докладов международной конференции. – СПб., 2021. – С. 120–121. – URL: http://physica.spb.ru/data/uploads/2021/physicaspb-tesises-2021.pdf
9. Акт внедрения результатов НИР в учебный процесс.
10. Kedruk Y.Y., Baigarinova G.A., Gritsenko L.V., Cicero G., Abdullin Kh.A. Facile Low-Cost Synthesis of Highly Photocatalytically Active Zinc Oxide Powders // Frontiers in Materials. – 2022. – Vol. 9. – P. 1–11. – URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2022.869493/full
11. Kedruk Y.Y., Bobkov A.A., Gritsenko L.V., Moshnikov V.A. Investigation of the Properties of Zinc Oxide by the Method of Impedance Spectroscopy // Glass Physics and Chemistry. – 2022. – Vol. 48, No. 2. – P. 123–129. – URL: https://link.springer.com/article/10.1134/S1087659622020043
12. Кедрук Е.Ю., Айтжанов М.Б., Гриценко Л.В., Абдуллин Х.А. Использование оксида цинка для разложения органических соединений // Вестник КазНУ. – 2022. – № 2 (81). – С. 60–67. – URL: https://bph.kaznu.kz/index.php/zhuzhu/article/view/1545/1569
13. Paltusheva Zh.U., Alpysbaiuly N., Kedruk Y.Y., Zhaidary A.D., Aitzhanov M.B., Gritsenko L.V., Abdullin Kh.A. Photocatalytic activity of zinc oxide–graphene oxide composites // Вестник КарГУ. – 2022. – № 2 (106). – С. 101–110. – URL: https://physics-vestnik.ksu.kz/apart/2022-106-2/12.pdf
14. Кедрук Е.Ю., Бобков А.А., Гриценко Л.В., Мошников В.А. Исследование свойств оксида цинка методом импедансной спектроскопии // Физика и химия стекла. – 2022. – Т. 48, № 2. – С. 170–179. – URL: https://sciencejournals.ru/view-article/?j=fizkhst&y=2022&v=48&n=2&a=FizKhSt2202004Kedruk
15. Кедрук Е.Ю., Жайдары А.Д., Қадау А.Т., Гриценко Л.В. Определение оптимальных параметров для фотокаталитической деградации полупроводниковых материалов // Материалы Международной конференции студентов и молодых ученых «Фараби әлемі». – Алматы, 2022. – С. 96.
16. Толубаева Д.Б., Гриценко Л.В. Влияние глюкозооксидазы на электрохимические свойства биосенсоров // Труды LVII Международной научно-практической конференции «Advances in Science and Technology». – Москва, 2022. – С. 95–97. – URL: http://xn--80aa3afkgvdfe5he.xn--p1ai/AST-47_originalmaket_N.pdf
17. Абдуллин Х.А., Гриценко Л.В., Кедрук Е.Ю., Палтушева Ж.У. Способ получения фотокаталитически активных порошков оксида цинка: патент РК № 35707; заявл. 2021/0249; опубл. 10.06.2022.
18. Гриценко Л.В., Калкозова Ж.К., Абдуллин Х.А. Методы получения и исследования тонких плёнок и слоёв оксидных полупроводников: монография.