Разработка нанопористых композиционных материалов, содержащих фуллереновую фазу, для создания нового поколения сенсоров и микрореакторов.

Проведено систематическое экспериментальное исследование научных основ формирования наноструктурированных слоев кремния, оксида цинка и оксида алюминия:
- разработан способ газофазной модификации ультратонких слоев пористого кремния на подложках из умеренно- и сильнолегированного монокристаллического кремния, обеспечивающий управление пористостью, толщиной и состоянием поверхности;
- показана возможность достижения оптимального соотношения между спектральными характеристиками поглощения и эмиссии света (как показателя запасания энергии) в наноструктурированном кремнии с помощью газофазной модификации;
- предложен ионно-лучевой реактивный метод создания тонких текстурированных слоев оксида цинка с наноразмерным масштабом зерен. Слои характеризуются высокой прозрачностью в видимом диапазоне спектра и резкой границей поглощения в ближнем ультрафиолете;
- разработаны способы формирования нанопористых слоев из оксида алюминия с варьируемой объемной пористостью до 15% , размерами регулярных цилиндрических пор от ~10 до ~100 нм и толщиной до ~100 мкм как на подложке, так и в виде мембран.
  Обнаружен и изучен эффект частичного восстановления люминесценции пористого слоя при фотовозбуждении в кислородной атмосфере. Дано непротиворечивое объяснение данного эффекта, привлекая механизм генерации синглетного кислорода фуллереном при передаче последнему энергии возбуждения от кремниевых нанокристаллитов.

В ходе второго этапа 2006 года НИР проведен сравнительный анализ существующих методов импрегнирования молекул фуллеренов в пористые слои. Сделан вывод о том, что иммерсионный метод внедрения молекул фуллеренов в нанопористые слои из их насыщенного раствора в неполярном растворителе (четыреххлористый углерод) наиболее отвечает решаемой задаче. Разработана эллипсометрическая методика неразрушающего определения концентрации молекул фуллеренов в нанопористых слоях на кремнии. Отработаны режимы импрегнирования нанопористых слоев кремния молекулами фуллеренов С60 и С70, обеспечивающие эффективную генерацию синглетного кислорода в нанокомпозите.
Проведены патентные исследования по теме использования молекул фотосенсибилизаторов для получения синглетного кислорода. Выполненный поиск позволил сделать вывод о том, что предлагаемый в работе способ генерации синглетного кислорода с помощью нанокомпозита на основе пористого кремния, импрегнированного молекулами фуллеренов С60 и С70 , имеет преимущества перед найденными аналогами и является патентно чистым.
Проведено технико-экономическое исследование эффективности внедрения результатов исследования в народное хозяйство. Исследование показало, что предлагаемый в работе нанокомпозит на основе пористого кремния с внедренными молекулами фуллеренов может быть эффективен для проведения фотодинамической терапии злокачественных новообразований в медицине. Эффект использования предлагаемого нанокомпозита носит социальный характер.

Целью работы является создание нанокомпозитов на основе полупроводниковых и оксидных соединений, включающих фуллереновую фазу, для разработки нового поколения сенсоров и микрореакторов.
Проведено экспериментальное изучение фотофизических свойств слоев наноструктурированного кремния, импрегнированного фуллеренами, в ходе которого обнаружены отчетливые признаки возмущения фотолюминесцентных характеристик нанокремния адсорбированными молекулами. Получены новые данные о процессе поглощения энергии в нанокомпозитной системе при оптическом возбуждении, свидетельствующие об эффективной передаче энергии от нанокристаллов кремния в адсорбированные молекулы фуллеренов. Методом прямого детектирования по люминесценции в полосе 1270 нм обнаружена эффективная генерация молекул синглетного кислорода 1Δg в нанокомпозите при фотовозбуждении в кислород-содержащей среде с эффективностью ~ 20%. Проведены биомедицинские эксперименты in vitro на раковых клетках человека, подтвердившие наличие существенного усиления (более 2 раз) генерации синглетного кислорода в нанокомпозите по сравнению с нанокремнием. Разработаны технологические принципы получения импрегнированных молекулами фуллеренов С60 и С70 нанопористых слоев кремния, обеспечивающие эффективную генерацию синглетного кислорода в нанокомпозите.
На основании патентного поиска сделан вывод о том, что предлагаемый в работе способ генерации синглетного кислорода с помощью разработанного нанокомпозита имеет преимущества перед найденными аналогами и является патентоспособным, и подана заявка на получение патента РФ. Проведено технико-экономическое исследование эффективности внедрения результатов исследования в народное хозяйство. Исследование показало, что разработанный нанокомпозит может быть использован в качестве сенсибилизатора для фотодинамической терапии злокачественных новообразований в медицине. Эффект использования предлагаемого нанокомпозита носит социальный характер.