Нано-щит из отходов

Ученые Тульского государственного университета при поддержке Российского научного фонда (РНФ) проведут исследование в целях создания датчика для воды, который сможет быстро и точно обнаруживать и обезвреживать ядовитое вещество.

Применение современных технологий и создание новых материалов может обернуться дополнительными угрозами для экологии. Одна из таких скрытых угроз – гидроксиламин, высокотоксичное вещество, которое используют на крупных предприятиях. Его избыток в сточных водах создает потенциальную угрозу для природных экосистем. Чтобы этого не допустить, необходимо постоянно контролировать уровень гидроксиламина.

Существующие методы анализа сложны, долги и нередко ошибаются, путая гидроксиламин с другими соединениями. Учёные БиоХимТехЦентра ТулГУ предложили провести исследование, взяв за основу игольчатый нефтяной кокс – грубый твёрдый отход переработки нефти.
Этот проект получил грант РНФ по итогам конкурса 2026 года в рамках приоритетного направления «Поддержка молодых учёных».

Авторы под руководством ведущего научного сотрудника лаборатории экологической и медицинской биотехнологии ТулГУ, кандидата химических наук Дарьи Геннадьевны Лавровой применили метод «сверху-вниз», основанный на контролируемом расщеплении структурированных углеродных материалов. С помощью специальных окислителей, в том числе безопасной перекиси водорода, учёные расщепляют структуру кокса до мельчайших частиц – углеродных точек (УТ).

- При таком способе почти не остаётся токсичных отходов, что само по себе забота об экологии, а кроме того, получается очень чистый материал, - рассказала Дарья Лаврова. – Вторая задача – научить выявлять гидроксиламин среди тысяч других молекул. Для этого на поверхность углеродных точек помещают специальную молекулу-ловушку – индигокармин. В результате возникает синергетический эффект. Гибридный материал улавливает молекулы гидроксиламина моментально, буквально в ту же секунду, как только они оказываются рядом.

Один из эффектов – экспресс-детекция, то есть о загрязнении можно узнать через секунды, просто погрузив датчик в воду – сенсор сработает при низком напряжении. Другой – утилизация, когда тот же самый материал может не только сигналить об опасности, но и помогать разрушать токсин, очищая воду.

Задача научной группы – создать цифровой помощник синтеза. С помощью специальных программ и квантово-химического моделирования учёные исследуют, как именно молекула ляжет на поверхность нано-частицы и как это повлияет на чувствительность датчика. В перспективе может быть создан идеальный нано-щит, чтобы каждая новая партия датчиков работала идеально.

Исследователи поставили цель создать действующий макет сенсора. Его будут тестировать сначала в искусственно загрязнённой воде, а затем и в реальных пробах. Таким образом, Тульская область и все заинтересованные предприятия получат новую технологию экологического мониторинга.

Статьи о своих исследованиях молодые учёные планируют опубликовать в ведущих мировых научных журналах, а полученные данные лягут в основу кандидатской диссертации.

Дмитрий Литвинов

Фото Дианы Квач