Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка высокочувствительных сенсоров на основе оптических дисковых микрорезонаторов для определения малых концентраций наночастиц

Номер контракта: 14.625.21.0004

Руководитель: Золотаревский Юрий Михайлович

Должность руководителя: Заместитель директора по научной работе

Докладчик: Самойленко Алексей Андреевич, Начальник сектора

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
оптические микрорезонаторы, моды шепчущей галереи, биосенсоры, оптические сенсоры, интегральная оптика.

Цель проекта:
Целью работы является разработка детектора наночастиц, принцип детектирования которого основан на регистрации изменений спектров собственных мод оптических дисковых микрорезонаторов при попадании на их поверхность наночастиц.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта будет разработан новый метод детектирования малых концентраций наночастиц в жидких и газообразных средах с помощью сенсоров на основе оптических дисковых микрорезонаторов с модами типа «шепчущей галереи».
На основе данного метода будет создан экспериментальный образец мобильного, недорогого сенсора на основе оптических микрорезонаторов
Несмотря на то, что в настоящее время за рубежом проводятся исследования возможности создания сенсоров на основе оптических дисковых микрорезонаторов для регистрации изменения концентрации различных химических веществ в жидких средах, коммерческий образец сенсора или его прототип на основе оптических дисковых микрорезонаторов еще не разработан.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
На основе разрабатываемых сенсоров могут быть изготовлены малогабаритные устройства, способные обнаруживать предельно малые концентрации наночастиц, вплоть до регистрации и идентификации, единичных наночастиц. При этом быстродействие системы ограничивается только скоростью доставки регистрируемых наночастиц в область взаимодействия. Некоторые виды микрорезонаторов могут быть изготовлены с помощью литографических методов, что ускоряет прохождение пути от разработки сенсоров до их внедрения.
Основные области применения:
1. Безопасность. В настоящее время количество наноматериалов стремительно растет, но средства оперативного контроля за ними в окружающей среде отсутствуют. При этом такие средства необходимы в первую очередь на производстве наноматериалов для контроля наночастиц в воздухе.
2. Наноиндустрия. Быстродействующие сенсоры могут обеспечить контроль качества нанопродукции в процессе производства.
3. Медицина. Для использования в качестве экспресс тестов.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработка данного направления позволит создать новые типы мобильных, недорогих сенсоров для определения содержания наночастиц в воздушных и водных средах для контроля гигиенических норм в соответствии с ГН 1.2.2633-10 «Гигиенические нормы содержания приоритетных наноматериалов в объектах окружающей среды». Создание новых типов сенсоров позволит расширить номенклатуру контролируемых наноматериалов в окружающей среде и на производстве.
В настоящее время насчитывается около 300 предприятий только в наноиндустрии, потенциально заинтересованных в использовании таких сенсоров. В среднем для работы необходимо 10 сенсоров стоимостью около 30 тысяч рублей. Кроме этого сенсоры могут быть внедрены в службы экологического мониторинга и т.п. С учетом возможностей производства полная окупаемость проекта с учетом затрат на ОКР и производство может занять от 3 до 5 лет.

Текущие результаты проекта:
В 2015 году был создан экспериментальный стенд для калибровки и испытаний экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов и определения их характеристик в трёх конструктивных исполнениях;
точность измерения сдвига частоты оптических дисковых микрорезонаторов 10-9;
точность измерения добротности оптических дисковых микрорезонаторов 0,5%;
длины волн возбуждающего излучения 0,67 мкм, 1,06 мкм и 1,5 мкм;
диапазон перестройки возбуждающего излучения 1ГГц для каждой длины волны.
Разработана система подготовки модельных жидкостных и газовых смесей с различной концентрацией наночастиц и подачи их на экспериментальный образец оптического дискового микрорезонатора.
Разработано программное обеспечение для автоматизации процесса измерения частотных характеристик и добротности различных типов экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов.
Изготовлены экспериментальные образцы оптических дисковых микрорезонаторов с помощью термообработки, механической обработки и литографии.
Исследованы характеристики экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов. В том числе:
- исследованы частотные характеристики и добротность экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов;
- исследовано влияние различных методов химической и механической обработки и подготовки поверхностей на добротность оптических дисковых микрорезонаторов;
- исследована получаемая добротность экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов с различной образующей.
Проведены исследования и разработана методика оценки геометрических параметров и структуры поверхности экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов с использованием методов сканирующей электронной микроскопии и атомно-силовой микроскопии.
Внесены изменения по результатам исследований в технологию изготовления экспериментальных образцов оптических дисковых микрорезонаторов.