ИСТИНА

Развитие современных приложений в области фотоники для спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния света требует создания новых функциональных и композиционных материалов на основе наночастиц благородных металлов, обладающих плазмонными оптическими свойствами. В настоящее время спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) становится одним из ключевых инструментов в биомедицинской диагностике и экологическом мониторинге окружающей среды для идентификации и определения молекул и структур с надмолекулярным уровнем организации с ультранизкими пределами обнаружения 10е-14 - 10е-6 М в матрицах сложного и в ряде случаев неизвестного состава [1-8]. Для экологического мониторинга объектов окружающей среды и современной биомедицинской диагностики ГКР-спектроскопия в ряде случаев становится незаменима, так как она дает возможность мультиплексного анализа сложных многокомпонентных смесей, то есть возможность одновременного определения сразу нескольких соединений близких по своему строению и свойствам в одном образце. Примерами таких соединений могут являться фенольные соединения. Растущий интерес к соединениям данного типа обусловлен тем, что они обладают потенциальными мутагенными и канцерогенными свойствами и относятся к серьезному классу загрязнений окружающей среды - ксенобиотикам. Попадая в окружающую среду, они могут вызвать повышение частоты аллергических реакций, гибель организмов, изменить наследственные признаки, снизить иммунитет, нарушить обмен веществ, нарушить ход процессов в естественных экосистемах вплоть до уровня биосферы в целом. Разработка подходов к высокочувствительному определению содержания фенольных соединений является важной задачей фармакологической промышленности, так как более 50% всех современных лекарственных препаратов природного происхождения содержат фенольные соединения в качестве основных действующих веществ [10]. Кроме того, фенольные соединения различного строения являются маркерами серьезных социально значимых заболеваний и расстройств – рака, сердечно-сосудистых заболеваний, ряда когнитивных расстройств, болезней Альцгеймера и Паркинсона, атеросклероза, язвенного колита, старения, заболевания печени и т.д. [11]. Однако современные инструментальные методы анализа не решают проблему определения данных соединений комплексно [5]. Высокая чувствительность и селективность одного из самых информативных аналитических методов - ВЭЖХ-МС - не обеспечивает нужной экспрессности и требует сложной пробоподготовки к анализу, а также высокая стоимость оборудования ограничивает применимость этого метода. Cуществующий уровень техники оптических сенсорных ГКР-материалов для определения соединений фенольного типа не обеспечивают нужной чувствительности и воспроизводимости полученных результатов. Следует отметить, что в литературных источниках не содержится информации по определению методом ГКР-спектроскопии фенольных соединений различного строения и свойств. Это связано с тем, что фенольные соединения, поглощают в УФ-области (250 - 350 нм), что намного выше по энергии по сравнению по сравнению с плазмонной полосой поглощения серебра (420 нм) и золота (550 нм). Последнее приводит к низкой вероятности реализации механизма переноса заряда от поверхности металлической частицы и образования новых возбужденных состояний комплекса «молекула – металл», что не позволяет использовать ГКР-спектроскопию для их селективного и высокочувствительного определения указанного класса соединений. Осуществляя направленное химическое модифицирование поверхности можно усилить чувствительность и селективность подобных оптических систем при аналитическом анализе. В связи с этим, разработка новых перспективных функциональных материалов для создания ГКР-сенсорных систем является актуальной задачей современного материаловедения. Авторами предполагаемого проекта впервые предложен ряд оригинальных, нестандартных подходов, которые еще не нашли применения в широкой аналитической практике, а именно возможность определения соединений фенольного типа с помощью ГКР-спектроскопии с использованием "распознающих" аналиты соединений – акцепторов, селективно связывающих их в комплексные соединения с ионами металлов переменной валентности по типу «металл-лиганд» и в комплексы с переносом заряда (КПЗ), которые сдвигают область поглощения в видимую область спектра (Рисунок 1), что позволяет использовать резонансные эффекты в ГКР-спектроскопии и добиваться существенно увеличенных коэффициентов усиления спектрального сигнала. Электронная система полученных комплексов, иммобилизованных на поверхности металла, вступает в плазмонный резонанс с наночастицами благородных металлов. Наибольшее усиление сигнала комбинационного рассеяния происходит тогда, когда пик поверхностного плазмонного резонанса наноструктурированного материала близок к длине волны лазерного возбуждения, и в этой же области наблюдается поглощение исследуемого вещества [9]. В этом случае может наблюдаться так называемое резонансное усиленное комбинационное рассеяние света (Рисунок 2) и основной фактор реализации данного подхода - получение функциональных материалов, пригодного для реализации метода гигантского комбинационного рассеяния света в требуемом спектральном диапазоне. Таким образом, в рамках проекта в перспективе перехода на современные технологии lab – on – chip (лаборатории на чипе) будут созданы функциональные и композиционные материалы c заданными свойствами на основе модифицированных наночастиц благородных металлов, обладающих плазмонными оптическими свойствами, как основа уникальных ГКР-сенсорных устройств для мультиплексного экспресс-определения фенольных соединений в целях биомедицинской диагностики и экологического мониторинга.

В ходе реализации проекта предполагается получение новых функциональных материалов на основе оксида графена, декорированного наночастицами серебра и золота с контролируемыми размерами наночастиц от 10 до 80 нм и значениями удельной площади поверхности материала не менее 100 м2/г. Также планируется провести исследование зависимости размеров и формы наночастиц изменяя условия синтетических реакций: концентрацию исходных реагентов, температуру синтеза, pH-среды, природу восстанавливающих и стабилизирующих агентов, оценивая при этом оптические свойства полученных функциональных материалов. В качестве носителя (подложки) будут выступать стеклянные, целлюлозные, керамические, металлические пластины с различной степенью шероховатости для проведения исследования влияние состава и природы подложки на микроструктуру функциональных материалов и её влияние на характер проявления эффекта поверхностного плазмонного резонанса – необходимого условия при реализации подхода поверхностно-усиленного гигантского комбинационного рассеяния света. Будет проведена оценка ГКР-активности полученных функциональных и композиционных материалов для ГКР-анализа модельных аналитов и их смесей - фенольных соединений (ксенобиотиков, биологически активных соединений лекарственных средств, маркеров различных заболеваний) в широком диапазоне концентраций, в том числе на уровне наномолярных содержаний аналитов, что соответствует современным требованиях к чувствительности разрабатываемых сенсорных систем для определения указанных соединений в объектах различного происхождения. Функциональные материалы на основе диоксида кремния предполагается получить с удельной площадью поверхности не менее 800 м2/г. Планируется впервые осуществить рост анизотропных наночастиц непосредственно на поверхности диоксида кремния. Ожидается, что затравочный слой на поверхности диоксида кремния будет содержать частицы размера порядка 5 – 10 нм для частиц, полученных путем восстановления нитрата серебра боргидридом натрия. Оптимизация условия синтеза, а именно соотношение концентраций нитрата серебра, восстанавливающих и стабилизирующих агентов, позволит получить анизотропные наночастицы с наиболее широкой полосой плазмонного резонанса в области от 400 до 650 нм. Чувствительность подобных сенсорных материалов ожидается на уровне 10е-8 М для модельных аналитических объектов. В рамках реализации проекта будут созданы оригинальные детектирующие системы для высокочувствительного, экспрессного мультиплексного ГКР-определения фенольных соединений различного строения и свойств в полярных, неполярных и липофильных реальных образцах без предварительной пробоподготовки путем разработок новых подходов к импрегнированию компонентов оптических сенсорных систем - акцепторных соединений в состав полимерных пленочных материалов. Полимерные материалы с полярными и неполярными свойствами будут выбраны из ряда природных и синтетических полимеров, например, таких как хитозан, гидроксиэтилцеллюлоза, поливинилацетат, поливинилпирролидон, которые имеют превосходные пленкообразующие, адгезивные и оптические свойства, а также хорошее сродство к металлической поверхности. Химическая модификация таких полимерных композитных материалов будет осуществлена путем введения дополнительных реагентов "распознающих" аналиты соединениями – акцепторов, селективно связывающих целевые аналиты в комплексные соединения, например, с ионами металлов переменной валентности по типу «металл-лиганд» или в комплексы с переносом заряда, которые сдвигают область поглощения в видимую область спектра, что позволяет использовать резонансные эффекты в ГКР-спектроскопии и добиваться существенно увеличенных коэффициентов усиления спектрального сигнала. Контроль за морфологией поверхности функциональных и композиционных материалов будет осуществляться оптической микроскопией, растровой электронной микроскопией, атомно-силовой микроскопией. Изучение оптических свойств будет проведено с помощью спектроскопии диффузного и зеркального отражения. Оценка устойчивости на воздухе полученных функциональных материалов будет проведена с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. В результате выполнения проекта будет проведена апробация полученных функциональных и композиционных материалов на основе наночастиц благородных металлов, обладающих плазмонными оптическими свойствами для определения фенольных соединений класса в целях биомедицинской диагностики и экологического мониторинга окружающей среды с помощью ГКР-спектроскопии. Данные функциональные материалы с плазмонным резонансом будут адаптированы в виде портативных оптических сенсоров под серийно выпускаемые КР-спектрометры для экспрессных, высокочувствительных, селективных аналитических методик. Достоверность результатов будет контролироваться хроматографическими методами.

В настоящее время спектроскопия гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) представляет большой интерес для создания принципиально новых аналитических инструментов в биомедицинской диагностике и экологическом мониторинге окружающей среды для идентификации и определения молекул и структур с надмолекулярным уровнем организации с ультравысокой чувствительностью (до 10e-14 моль/л), в том числе в условиях сложных смесей аналитов (мешающего влияния матрицы). В случае экологического мониторинга, определения различных технологических продуктов, а также в быстро развивающейся биомедицинской диагностике спектроскопия ГКР становится фактически незаменимой и практически безальтернативной, так как она дает уникальную возможность анализа сложных многокомпонентных смесей и определения в них веществ, близких по строению и свойствам, на уровне предельно низких концентраций. Все эти возможности напрямую определяются успехом в разработке новых функциональных и композиционных материалов на основе серебра и золота с контролируемым положением полосы плазмонного резонанса (ППР). Несмотря на наличие множества различных перспективных аналитических приложений для спектроскопии ГКР, определение фенольных соединений этим методом сопряжено c рядом проблем: многие актуальные аналиты интенсивно поглощают лишь в УФ-области спектра (230 – 350 нм), что намного выше по энергии по сравнению с плазмонной полосой поглощения серебра и золота, а также имеют низкое сродство к металлической поверхности, препятствующее хемосорбции, что снижает эффективность усиления сигнала ГКР. В результате эти ограничения не позволяют эффективно использовать существующие ГКР – активные материалы для селективного высокочувствительного определения фенольных соединений. Растущий интерес к определению фенольных соединений не случаен, так как они обладают потенциальными мутагенными и канцерогенными свойствами и относятся к серьезному классу загрязнений окружающей среды – ксенобиотикам. Важно отметить, что существующие современные инструментальные методы анализа (атомно-флуоресцентная спектроскопия, атомно-абсорбционная спектроскопия, атомно-эмиссионная спектроскопия, масс-спектроскопия, вольтамперометрия и др.) не решают полностью проблему определения данных соединений комплексно, а высокая чувствительность и селективность одного из самых информативных аналитических методов - ВЭЖХ-МС - не обеспечивает нужной экспрессности, требует сложной пробоподготовки и дорогостоящего оборудования. Перспективы перехода на современные технологии «lab – on – chip» («лаборатории на чипе») требуют создания планарных оптических материалов – функциональных и композиционных материалов на основе наночастиц серебра и золота, для определения целевых аналитов в области оптических частот 400 – 800 нм. С химической точки зрения, такой подход требует создания ГКР – активных поверхностей, объединяющих несколько важных возможностей для оптического анализа. Прежде всего, наличие металлических наноструктур на основе серебра и золота, усиливающих сигнал комбинационного рассеяния (КР) в 10e4 – 10e10 раз. Наибольшее усиление сигнала КР происходит, когда полоса плазмонного резонанса металлических наноструктур близка к длине волны возбуждающего лазерного излучения, а длина волны лазерного возбуждения, в свою очередь, находится в том же диапазоне, в котором поглощают исследуемые молекулы. В этом случае может наблюдаться так называемый эффект резонансно-усиленного комбинационного рассеяния, если частота лазерного возбуждения близка к частоте электронных переходов в молекуле, которые отвечают возбужденным электронным состояниям, и резонирует с ними (резонансный ГКР). При этом проводя химическое модифицирование таких наноструктур призвано усилить чувствительность и селективность подобных активных элементов планарных оптических сенсорных систем. В связи с этим, в ходе выполнения проекта проведена разработка новых функциональных и нанокомпозитных материалов на основе наночастиц серебра и золота, обладающих плазмонными оптическими свойствами, являющихся основой оптических сенсорных систем для определения фенольных соединений в целях биомедицинской диагностики и экологического мониторинга c помощью спектроскопии ГКР с последующей их химической модификацией различными акцепторными соединениями, «распознающих» целевые аналиты и селективно связывающих их в комплексы с переносом заряда (КПЗ), которые сдвигают область поглощения аналитов в видимую область спектра, что позволяет использовать резонансные эффекты в спектроскопии ГКР и добиваться существенно увеличенных коэффициентов усиления спектрального сигнала от целевых аналитов. В ходе реализации проекта получены новые нанокомпозитные материалы на основе оксида графена, декорированного наночастицами серебра и золота, нанесенные на подложки различной природы – стеклянные, целлюлозные, керамические, металлические пластины с различной степенью шероховатости и оценено влияние на характер проявления эффекта поверхностно-усиленного гигантского комбинационного рассеяния света. Для этого были использованы известные методы синтеза оксида графена – метод Хаммерса (окисление порошка графита марки Timcal TIMREX® KS4, 99,9% с помощью KMnO4, NaNO3 в концентрированной серной кислоте) и модифицированный метод Хаммерса (окисление порошка графита марки Timcal TIMREX® KS4, 99,9% с помощью KMnO4 в смеси концентрированных кислот H2SO4 и H3PO3, взятых в соотношении 9:1). Концентрация полученных образцов растворов оксида графена составила 1,1 – 1,5 моль/л. Рентгенофазовый анализ образцов оксида графена, полученных двумя методами, показал значительное уменьшение интенсивности пика при 2theta = 26,2, что соответствует межплоскостному расстоянию 3,4 ангстрем, и появление пика при 2theta = 10,3 свидетельствует об увеличении межплоскостного расстояния до 8,6 ангстрем, вызванного внедрением в структуру графита кислородсодержащих групп. Исследования с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) и спектроскопии КР показали, что оксид графена, полученный модифицированным методом Хаммерса, имеет меньшее количество дефектов в структуре и содержит большее количество кислородсодержащих функциональных групп (рис. 1), так на спектре КР наблюдаются характерные для оксида графена D и G моды в области 1350 и 1580 см-1, соответственно, а соотношение интенсивностей мод Int(D)/Int(G) составляет 0,93. Исследования с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) показало, что оксид графена имеет лепестковообразную форму с широким распределением частиц по размерам от 0,5 до 15 мкм (рис. 2). Для получения нанокомпозитного материала на основе оксида графена, декорированного наночастицами золота (рис. 3), проводили синтез наночастиц золота по методу Туркевича в присутствии суспензии оксида графена, полученного с помощью модифицированного метода Хаммерса. Для этого в нагретый до кипения водный раствор 0,05 М HAuCl4 и суспензии 1,1 М оксида графена, при интенсивном перемешивании добавляли цитрат натрия в качестве восстанавливающего агента. При кипячении полученной реакционной смеси в течении 15 минут наблюдалось изменение окраски раствора от бледно-желтого к фиолетовому и винно-красному цвету. Полученные образцы центрифугировали (6000 об/мин, 5 мин), декантировали и промывали дистиллированной водой. Исследование удельной площади поверхности методом сорбции азота (по теории Брунауэра, Эммета и Теллера – БЭТ) показало, что значения удельной площади поверхности полученного нанокомпозитного материала на основе оксида графена с наночастицами золота составляет не менее 150 – 200 м2/г. По данным ПЭМ микроскопии, построено статистическое распределение наночастиц по размерам. Статистическая выборка для каждого типа образцов составила приблизительно 200 частиц. Выявлено, что размер наночастиц золота в нанокомпозитном материале составляет порядка 13 ± 2 нм (рис. 4, а). Оптические свойства полученных нанокомпозитных материалов на основе оксида графена с наночастицами золота были изучены методом УФ-видимой спектроскопии с использованием спектрофотометра Lambda 950 (PerkinElmer, Англия). Измерения проводили в спектральном диапазоне 200 – 800 нм с шагом сканирования 1 нм. Так на спектрах поглощения (рис. 4, б) имеется узкая полоса плазмонного резонанса (ППР) в области 470 – 580 нм с максимумом поглощения в области 520 нм, которая относится к наночастицам золота сферической формы и полоса поглощения оксида графена в области 240 – 270 нм. Получение нанокомпозитного материала на основе оксида графена с наночастицами серебра растворным методом «мокрой химии» производили в две стадии. На первой стадии готовили аммиачный комплекс серебра (I). Для этого готовили 20 мл водного раствора 0,1 М AgNO3 и 50 мл водного раствора 0,1 М NaOH. К полученному раствору нитрата серебра добавили избыток (50 мл) гидроксида натрия для выпадения осадка темно-коричневого цвета – оксида серебра (I). Полученный осадок трижды промывали в стакане деионизированной водой методом декантации. Затем в образовавшийся осадок оксида серебра (I) при постоянном перемешивании добавили 10% водный раствор аммиака (80 мл) до полного растворения осадка. Получили тем самым бесцветный раствор аммиачного комплекса серебра. Затем к полученному бесцветному раствору аммиачного комплекса серебра (I) добавляли оксид графена при интенсивном перемешивании. Полученную реакционную смесь нагревали до 100 °С и кипятили при перемешивании в течении 30 минут. Полученные образцы центрифугировали (6000 об/мин, 5 мин), декантировали и промывали дистиллированной водой. Исследования с помощью ПЭМ микроскопии показало, что наночастицы серебра близкой к сферической форме успешно модифицировали поверхность оксида графена с образованием агрегатов серебра (рис. 5, а). Электронные дифракционные картины (рис. 5, б) подтверждают наличие металлического серебра в полученном нанокомпозитном материале. Показано, что размер наночастиц серебра составляет от 5 до 50 нм (рис. 6, а). На спектре оптического поглощения (рис. 6, б) в УФ-видимой области имеется широкая полоса ППР в области 350 – 650 нм, что говорит о сложной иерархической структуре нанокомпозитного материала на основе оксида графена с наночастицами серебра. Проведена оценка ГКР-активности полученных функциональных нанокомпозитных материалов для определения модельных аналитов – фенольных соединений (ксенобиотиков, биологически активных соединений лекарственных средств, маркеров различных заболеваний). Наблюдаемые особенности микроструктуры и оптических свойств нанокомпозитных материалов на основе оксида графена с наночастицами золота и серебра, полученных растворными методами, достаточно сильно влияют на ГКР-активность полученных материалов. Исследования с помощью спектроскопии ГКР нанокомпозитного материала на основе наночастиц золота показали, что он не проявляет ГКР-активность к определению ключевого аминофенола (дофамина – маркера для биомедицинской диагностики когнитивных заболеваний) в составе комплекса типа «металл-лиганд». Данный факт можно объяснить достаточно малым размером наночастиц золота (13 ± 2 нм) и довольно узкой полосой ППР (470 – 580 нм). ГКР-активность к определению ключевого аминофенола (дофамина) в составе комплекса наблюдалась в случае использования нанокомпозитного материала на основе оксида графена с наночастицами серебра (рис. 7). Данный факт можно объяснить наиболее эффективным увеличением величины локального электромагнитного поля в результате образования множества «горячих точек» (небольших зазоров 1 – 10 нм между наночастицами серебра) в результате образования сложной иерархической структуры из наночастиц серебра. В ходе выполнения проекта впервые получен планарный нанокомпозитный материал на основе оксида графена с наночастицами серебра с использованием простого и универсального подхода пиролиза аэрозоля раствора, содержащего оксид графена и водный раствор аммиачного комплекса серебра (I) на разогретые стеклянные подложки до 280 – 300 °C. На (рис. 8, а) показана общий вид микроструктуры полученного нанокомпозитного материала, имеющего морфологию в виде пересекающихся колец сложной морфологии, возникающей в результате разложения капель микронного размера в виде «тумана» раствора аммиачного комплекса серебра (I) с оксидом графена, образованного с помощью ультразвукового небулайзера. Таким образом, образуется планарное покрытие из пересекающихся колец, состоящих из оксида графена с наночастицами серебра, различного диаметра от 40 – 80 мкм. Исходные диаметры колец в несколько раз больше ожидаемого размера 1 – 10 мкм падающих капель ультразвукового тумана раствора аммиачного комплекса серебра (I). Данный факт свидетельствует о боковом распространении капиллярного потока при высыхании капли от центра капли к её границам. Испарение растворителя увеличивает концентрацию аммиачного комплекса серебра (I), а затем происходит образование металлического серебра на границах колец, которые состоят из слоев оксида графена с кластерами наночастиц серебра на его поверхности. Наночастицы серебра на поверхности оксида графена имеют сферическую форму с распределением частиц по размерам от 20 до 100 нм. Исследование удельной площади поверхности методом сорбции азота (по теории БЭТ) показало, что удельная площадь поверхности полученного нанокомпозитного материала составляет не менее 100 м2/г. На спектре диффузного отражения (рис. 9) наблюдается широкая полоса ППР, смещенная в длинноволновую область, с максимумом поглощения 470 нм. Данный факт обусловлен широким распределением частиц серебра по размерам (рис. 8, б) и довольно сложной морфологией. В рамках выполнения проекта были рассмотрены синтетические подходы по созданию функциональных нанокомпозитных материалов на основе диоксида кремния декорированных анизотропными наночастицами серебра. На первом этапе проводили синтез микросфер диоксида кремния со средним размером частиц 200 ± 25 нм по методу Штёбера путем щелочного гидролиза тетраэтоксисилана в среде этилового спирта и водного раствора аммиака, а затем в реакционную смесь добавляли тетраэтоксисилан и выдерживали в течении 12 ч, осуществляя тем самым модификацию поверхности микросфер диоксида кремния аминогруппами. На втором этапе получали коллоидный раствор с наночастицами серебра (средний размер наночастиц 20 нм) с помощью боргидридного восстановления раствора нитрата серебра боргидридом натрия в присутствии стабилизатора цитрата натрия при комнатной температуре. На третьем этапе осуществляли иммобилизацию полученных наночастиц серебра на поверхности микросфер диоксида кремния, модифицированных аминогруппами. Для этого полученный порошок модифицированного диоксида кремния помещали в раствор толуола и добавляли 3-аминопропилтриметоксисилан. Полученную смесь выдерживали в течении суток при интенсивном перемешивании, центрифугировали и высушивали. Высушенный образец смешивали с полученным на 2-м этапе коллоидным раствором наночастиц серебра и подвергали ультразвуковой обработке, выдерживали в течение суток при интенсивном перемешивании. Полученный нанокомпозит на основе микросфер диоксида кремния с наночастицами серебра демонстрирует полосу ППР в области 380 – 420 нм. Осуществлен анизотропный рост наночастиц серебра непосредственно на поверхности диоксида кремния. Для этого в полученный нанокомпозит с наночастицами серебра добавляли в объемном соотношении 1:1 раствор 0,001М нитрата серебра в качестве затравочного прекурсора ионов Ag+ и тщательно перемешивали в течении 30 мин. А затем по каплям при постоянном перемешивании и комнатной температуре добавляли раствор 0,01 М аскорбиновой кислоты выдерживали при непрерывном перемешивании в течение часа. Полученный нанокомпозит с анизотропными наночастицами серебра демонстрирует довольно широкую полосу ППР в области 380 – 650 нм. Однако, при изучении ГКР-активности полученных нанокомпозитных материалов была выявлена серьезная проблема, связанная с высокой чувствительностью полученных ГКР – активных наноструктур к примесям, которые присутствовали в составе реагентов в процессе синтеза, что существенно ограничило их применение для спектроскопии ГКР, и приводило к усилению собственных пиков примесей, блокирующих подвод анализируемых молекул к поверхности наночастиц серебра и существенно уменьшающих не только чувствительность, но и воспроизводимость анализа. В связи с этим был рассмотрен простой синтетический подход к созданию нанокомпозитного материала на основе микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) с наночастицами серебра. На 1-м этапе готовили аммиачный комплекс серебра (I), а затем к полученному бесцветному раствору аммиачного комплекса серебра (I) добавили МКЦ при интенсивном перемешивании. Далее нагревали и кипятили при перемешивании полученную смесь МКЦ с аммиачным комплексом серебра (I). Во время кипячения раствора отбирали по 3 аликвоты раствора с нанокомпозитом в различные промежутки времени: 10, 15, 20 минут. После отбора аликвот помещали их в пробирки и охлаждали в ледяной бане для остановки процесса зародышеобразования и роста наночастиц серебра. Осуществляли процесс химического доращивания наночастиц серебра на поверхности МКЦ для трех различных отобранных аликвот (10, 15, 20 мин). Для этого к полученному осадку нанокомпозита добавляли в объемном соотношении 1:1 раствор 0,001 М нитрата серебра в качестве затравочного прекурсора ионов Ag+ и тщательно перемешивали в течении 30 мин. А затем по каплям при постоянном перемешивании и комнатной температуре добавляли раствор 0,01 М аскорбиновой кислоты в качестве восстанавливающего агента ионов Ag+ на поверхности уже имеющихся на МКЦ наночастиц серебра, выдерживали при непрерывном перемешивании в течение часа. На рентгенограмме (рис. 10, б) содержатся рефлексы, подтверждающие наличие металлического серебра в нанокомпозите без примесных фаз, а присутствие двух рефлексов Ag (111) и Ag (200) характерны для гранецентрированной кубической решетки серебра. Исследование оптических свойств нанокомпозитных материалов на основе наночастиц серебра показало, что с увеличением размера затравочных частиц серебра при кипячении раствора с 10 до 20 мин и после стадии химического доращивания приводит к уменьшению ширины полосы ППР с 350 – 650 нм (рис. 10, 1а – ограненные частицы) до 350 – 440 нм (рис. 10, 3а – сферические частицы). Удельная площадь поверхности полученного нанокомпозитного материала составляет от 50 до 100 м2/г. Получение нанокомпозитного материала на основе МКЦ с анизотропными наночастицами серебра осуществляли в два этапа. На 1-м этапе проводили модификацию поверхности МКЦ затравочным слоем наночастиц серебра размером 10 – 20 нм кипячением в течении 10 мин в растворе 0,1 М аммиачного комплекса серебра (I) при перемешивании. На втором этапе к смеси водных растворов AgNO3, цитрата натрия, ПВП и воды, добавляли аликвоту полученного нанокомпозита на 1 этапе синтеза определенного объема (160, 480, 640, 960, 1280, 2560, 3840, 5120, 7680, 10240, 19200 мкл) и аскорбиновой кислоты. Изменение цвета раствора происходило сразу после добавления аскорбиновой кислоты, и спустя 15 мин цвет устанавливался постоянным. Согласно данным ПЭМ (рис. 11), в нанокомпозитном материале на основе МКЦ с аликвотой затравок 1280 мкл продуктом синтеза являются наночастицы серебра в форме пластинок (преимущественно круглой формы) и сферические наночастицы. При добавлении аликвоты затравок объемом 19200 мкл получились только наночастицы сферической формы. На спектрах диффузного отражения с высушенных нанокомпозитов на алюминевых лунках в УФ-видимой области на образцах с добавляемыми аликвотами затравок 160, 480, 640, 960, 1280, 2560, 3840, 5120 мкл имеются две полосы ППР с максимумами: 380 – 450 нм (соответствует ППР в направлении нормальном к плоскости частиц в форме пластинок), 420 нм и 600 – 650 нм (соответствует ППР в латеральном направлении частиц в форме пластинок), что подтверждает данные ПЭМ о наличие частиц в форме пластинок круглой формы. На образцах с добавляемыми аликвотами затравок 7680, 10240, 19200 мкл имеется лишь одна интенсивная полоса ППР в области 380 – 450 нм, что говорит о присутствии лишь преимущественно сферических частиц. Осуществлен подход к направленному химическому модифицированию полимерных материалов на основе природных полисахаридов таких как гидроксиэтилцеллюлоза или хитозан, обладающих необходимыми пленкообразующими, адгезивными и оптическими свойствами, путем внедрения в их структуру плазмонных наноструктур на основе серебра. Для этого получали коллоидный раствор с наночастицами серебра с помощью боргидридного восстановления раствора нитрата серебра в присутствии цитрата натрия при комнатной температуре. Затем к раствору с наночастицами серебра при комнатной температуре и непрерывном перемешивании добавляли гидроксиэтилцеллюлозу (ГЭЦ). Дополнительной стадией синтеза являлся процесс химического доращивания наночастиц серебра непосредственно в матрице ГЭЦ аскорбиновой кислотой. Исследование ПЭМ микроскопией показало, что до стадии химического доращивания преобладающей формой наночастиц серебра является сферическая (размер частиц 6,0 ± 1,5 нм). После проведения химического доращивания на данных ПЭМ можно увидеть заметное укрупнение частиц сферической формы (размер частиц 11 ± 3 нм) с появлением наночастиц ограненной формы. Оптические свойства полученных нанокомпозитных материалов на основе ГЭЦ с наночастицами серебра были изучены методом УФ-видимой спектроскопии. Так, на спектрах поглощения (рис. 14) имеется достаточно узкая полоса ППР в области 390 – 420 нм, которая относится к наночастицам серебра сферической формы. Увеличение поглощения на спектре нанокомпозитного материала на основе ГЭЦ с наночастицами серебра связано с увеличением размера частиц в результате стадии химического доращивания. Для получения нанокомпозитных материалов на основе полимерных матриц с плазмонными металлическими наноструктурами, обладающих большой площадью поверхности и способностью к эффективному предконцентрированию целевых аналитов, разработан подход к получению объемных пористых материалов с использованием лиофильной сушки нанокомпозитных материалов при температуре -54 °С и давлении 2х10-3 мБар. Исследование удельной площади поверхности методом сорбции азота (по теории БЭТ) показало, что значения удельной площади поверхности полученных пористых нанокомпозитного материалов на основе полимерных матриц с плазмонными металлическими наноструктурами составляет не менее 800 м2/г. Данные нанокомпозитные материалы обладают достаточно большой площадью удельной поверхности для эффективного предконцентрирования аналитов. Кроме того, нами в структуру нанокомпозитов были введены ионы Cu2+ для определения ключевого аминофенола (дофамина) в составе комплекса по типу «металл-лиган» для биомедицинской диагностики когнитивных заболеваний. Исследования ГКР-активности показали, что на спектре ГКР имеются достаточно интенсивные характеристические сигналы от молекулы дофамина: 948, 1208, 1388, 1535, 1599 см-1. В рамках реализации проекта созданы оригинальные планарные детектирующие системы на основе химически модифицированных нанокомпозитов на основе серебра с помощью химического подхода основанного на термическом разложения капель аэрозоля аммиачного комплекса серебра (I) при 280 – 300 °С до образования шероховатых пористых слоев толщиной 280 – 370 нм с содержанием серебра около 2 – 3 мг на 1 см2. Создание пористого серебряного покрытия толщиной 280 – 370 нм приводит к уширению полосы ППР от 380 до 650 нм. Для увеличения чувствительности, специфичности и точности ГКР – анализа разработан подход, основанный на целенаправленном формировании комплексов с переносом заряда между молекулами – акцепторами и целевыми молекулами – аналитами. Данный подход реализован за счет нанесения на планарное наноструктурированное серебряное покрытие (толщиной не более 370 нм) специального полимерного слоя прозрачного в области длин волн 500 – 700 нм и химически модифицированного акцепторным соединением, способным селективно «распознавать» анализируемое вещество и химически связываться с ним путем формирования комплекса с переносом заряда. Полимерный слой выступает в качестве защитного оптически прозрачного покрытия для планарных наноструктур серебра от химических и механических воздействий, и в тоже время, слой является проницаемым для преконцентрирования целевого аналита и акцептора, необходимых для образования комплекса с переносом заряда вблизи наноструктурированного серебряного покрытия, что является необходимым условием для получения спектральных сигналов с помощью ГКР спектроскопии от целевых аналитов. В качестве полимерных слоев выбраны следующие материалы: хитозан, гидроксиэтилцеллюлоза (ГЭЦ), поливиниловый спирт (ПВС), поливинилпирролидон (ПВП), которые наносили на планарные наноструктурированные серебряные покрытия, полученные методом термического разложения аммиачного комплекса серебра, с использованием 0,5 мас.% растворов полимеров, которые не приводят к повреждению и разрушению морфологии серебряных наноструктурированных покрытий. Исследование оптических свойств полимерных слоев, нанесенных на стеклянные подложки, показало, что все исследуемые полимерные слои толщиной 1 – 3 мкм являются оптически прозрачными в видимой области спектра в интервале длин волн 500 – 700 нм. С помощью спектроскопии КР выявлено, что исследуемые полимерные слои на планарном наноструктурированном серебряном покрытии не имеют интенсивных собственных полос в спектре КР. Химическая модификация полимерных нанокомпозитных материалов на основе серебра осуществлена путем введения акцепторных соединений – 2,3-дихлор-5,6-дициано-1,4-бензохинона (ДДХ) и 7,7,8,8-тетрацианохинондиметана (ТЦХМ), которые селективно связываются с целевыми аналитами в комплексы с переносом заряда. В результате сдвигается область поглощения в видимую область спектра, что позволяет использовать резонансные эффекты в спектроскопии ГКР и позволило получить существенно увеличенные коэффициенты усиления спектрального сигнала при определении фенольных соединений (фенол, хлорфенолы, метилфенолы) в полярных и неполярных средах. Достоверность результатов контролировалась хроматографическими методами.