Чувствительные оптические датчики на основе плазмонных структур позволяют обнаруживать сверхмалые концентрации веществ при биохимических анализах.

Работа молодого ученого Института физики Казанского федерального университета Анастасии Лопатиной, ставшей под занавес 2018 года стипендиатом  компании “BP Exploration Operating Company Limited”,  называется «Синтез и исследование плазмонных свойств тонких эпитаксиальных пленок серебра и нитридов переходных металлов».

«Сейчас Настя изучает плазмонные резонансы в сплошных и распавшихся на «островки» тонкопленочных самоорганизующихся наноструктурах серебра. Такого сорта структуры могут использоваться для аналитических исследований веществ оптическими методами, особенно тогда, когда исследуемого  вещества очень мало, но нужно зарегистрировать его спектры люминесценции или комбинационного рассеяния, – говорит научный руководитель Лопатиной, доцент кафедры квантовой электроники и радиоспектроскопии Института физики КФУ Роман Юсупов. – Серебро – это классический плазмонный материал. В планах – работа с палладием. Он менее подвержен окислению, а потому сенсоры, при изготовлении которых он используется, получаются гораздо более стабильными. В дальнейшем мы намерены исследовать также современные материалы на основе нитридов переходных металлов – титана, ванадия, ниобия».

Плазмонные покрытия, нанесенные на  призму (она является частью оптических сенсоров) позволяют увеличить чувствительность аналитических методов. Химические и биологические сенсоры обычно создаются на основе явления поверхностного плазмонного резонанса. При контакте с биологическими объектами, такими как ДНК, вирусы, антитела, плазмонные эффекты позволяют в несколько раз усилить сигналы флуоресценции, а значит, расширяют возможности обнаружения, идентификации и диагностики таких объектов.

Плазмонные биосенсоры являются сейчас одним из наиболее перспективных типов датчиков, которые можно использовать для анализа в биохимических и фармацевтических исследованиях. Но не только для создания биосенсоров нужны исследуемые магистрантом материалы.

«Оба моих проекта (бакалаврская работа и магистерская диссертация) связаны с разработкой и созданием квантового компьютера и его составляющих элементов, – отмечает магистрант Института физики КФУ Анастасия Лопатина. – В бакалаврской работе я занималась моделированием и анализом методом конечных элементов структур микрочипов и встречно-штыревых конденсаторов для исследований электронов на поверхности гелия и неона. Электроны на жидком гелии и твердом неоне рассматривались в качестве кубитов – элементов для хранения информации в квантовом компьютере. К сожалению, для работы квантовых компьютеров нужны низкие температуры, порядка единиц градусов Кельвина и ниже (около минус  270 градусов Цельсия). При комнатных температурах работа такого устройства невозможна. В то же время все устройства, посредством которых человек взаимодействует с компьютером, находятся именно при комнатной температуре. Поэтому необходим интерфейс для связи «холодного» процессора с «теплым» миром. Чтобы решить эту проблему, разрабатываются различные способы связи устройств, работающих при низких и комнатных температурах. На основе материалов,  которые я сейчас исследую, будут изготовлены устройства, которые станут связующей частью между низкими и комнатными температурами».