Участники образовательной программы «Сириуса» по химии вместе с учеными из Санкт-Петербургского государственного университета создали самые маленькие наночастицы металлорганических полимеров. С их помощью можно определять содержание тяжелых металлов в воде. По результатам этой и других разработок были опубликованы 4 научные статьи в «Журнале общей химии», изданиях Materials, New Journal of Chemistry и Nanomaterials.
Исследования проводились во время химических программ в Образовательном центре «Сириус». Под руководством ученых ребята вели разработку металлорганических полимеров, или металл-органических каркасных структур (МОКС).
Металл-органические полимеры представляют собой соединения, в которых ионы металлов связаны между собой органическими молекулами – линкерами. Используя разные комбинации металлов и линкеров, ученые получают материалы с различной структурой и свойствами. Соединения на основе МОКС применяются при производстве электрохимических сенсоров, в химической промышленности как катализаторы реакций, а также в качестве присадки к ракетному топливу. Некоторые соединения являются люминофорами, то есть способны излучать свет под действием ультрафиолета и других факторов. Такие МОКС используются для создания экранов мониторов и даже для диагностики раковых заболеваний.
Самые маленькие наночастицы – от восьми нанометров до сотен микрон – были синтезированы с помощью ультразвука. На данный момент восьминанометровые наночастицы являются самыми маленькими частицами металл-органических каркасных структур редкоземельных элементов. Они могут использоваться в качестве сенсоров для обнаружения тяжелых металлов в воде, таких как медь, железо и хром, которые пагубно влияют на природу и здоровье человека, приводя к серьезным заболеваниям. Поэтому поиск новых, недорогих, удобных и чувствительных методов их определения в воде является важной задачей. Во время ноябрьской химической программы в «Сириусе» школьники приняли участие в тестовых экспериментах по использованию люминесцентных наночастиц терефталата европия как сенсоров для обнаружения тяжелых металлов.
.jpg)
Еще одной темой исследования стала разработка люминесцентных наночастиц с добавкой ионов редкоземельных элементов. Химики вместе со школьниками выявили новый способ увеличения яркости свечения наночастиц NaYF4 с добавками светящихся ионов, заместив небольшое количество ионов иттрия на ионы лютеция и гадолиния. В некоторых случаях яркость свечения увеличилась до 5 раз. В будущем на основе этих частиц можно будет получить препараты для диагностики раковых заболеваний с использованием люминесцентной микроскопии и магнито-резонансной томографии.
«Благодаря высокой заинтересованности ребят нам удалось стать настоящей командой, где каждый участник отвечал за свою часть, кто-то занимался синтезом и очисткой новых соединений, а кто-то – исследованием их свойств. Когда занимаешься разработкой новых веществ, нет определенного принципа, по которому следует проводить эксперименты, всегда приходится что-то придумывать. Так получилось и у нас: ребята в ходе работы активно принимали участие в обсуждении экспериментов, подавали интересные и необычные идеи, и даже участвовали в разработке «самодельного» флуориметра для оценки люминесцентных свойств синтезированных соединений, – рассказал научный руководитель проекта, д.х.н. доцент Института химии СПбГУ Андрей Мерещенко.
В результате совместной работы на проектных программах было опубликовано 4 научные статьи в «Журнале общей химии», изданиях Materials, New Journal of Chemistry, Nanomaterials. Школьники «Сириуса» приняли активное участие в подготовке публикаций. Так, одиннадцатиклассник из Москвы Давид Жеглов самостоятельно описал часть проделанной им работы, которая затем была включена в основной текст статьи. Другой школьник, Владимир Сосновский, сам придумал и нарисовал иллюстрацию к исследованию, которая попала на обложку журнала New Journal of Chemistry.
Изображения люминесцентных сенсоров с добавкой различных концентраций тяжелых металлов, полученных Алевтиной Сысоевой, вошли в статью в журнале Nanomaterials.
«Химические программы в «Сириусе» позволяют школьникам соприкоснуться с миром науки, поучаствовать в конференциях и, может быть, даже стать соавтором научной статьи. Ребята знакомятся с тем, как работает наука, учатся решать неординарные задачи, вдохновляются лекциями приглашенных профессоров. У ребят повышается интерес к учебе, они с большими силами стремятся к достижению новых высот», – прокомментировала со-руководитель проекта, студентка магистратуры Института химии СПбГУ Александра Видякина.
Школьники, участвовавшие в химической программе, неоднократно занимали призовые места на научно-практических конференциях с докладами на основе проведенных в «Сириусе» исследований.
