Ученица физматшколы НГУ разработала тест-систему выявления опасных веществ

Ученица 10-5 класса Дарья Змановская получила новые лиганды, на основе которых синтезировала координационные полимеры. Эти соединения были использованы для создания тест-систем, которые помогают определять концентрацию опасных веществ в различных средах.

С развитием технологий в окружающую среду стало проникать все больше биологически активных и загрязняющих веществ, опасных для человека. Это стало существенной проблемой. В связи с этим одним из ключевых направлений исследований ученых является разработка высокоэффективных, селективных и простых в использовании сенсоров, способных к определению концентраций загрязняющих веществ в воздухе, воде, почве и других средах. Ученица 10-5 класса Дарья Змановская вместе с научным руководителем, преподавателем кафедры химии СУНЦ НГУ, Евгением Дудко тоже обратили внимание на эту проблему и посвятили ей научный проект «Координационные полимеры на основе производных 2,1,3-бензоксадиазолов и ионов цинка в качестве люминесцентных сенсоров».

В качестве таких сенсоров Дарья с научным руководителем использовали металл-органические координационные полимеры — соединения, которые состоят из ионов металлов, которые между собой связываются органическими молекулами в полимеры. Такие соединения обладают люминесцентными свойствами (свечением). В присутствии других соединений люминесценция образца может измениться, например, он начнет светиться ярче или наоборот. Также может измениться цвет свечения, например, изначально светился желтым, а стал светиться зеленым.

Результатом исследования стало новое соединение – 4,7-ди(3-карбоксипиразол-1-ил)-2,1,3-бензоксадиазол, обладающее ярко выраженной люминесценцией. Команда синтезировала новые координационные полимеры на основе полученного лиганда (прим. — органическая молекула, соединяющая металлы между собой), который усиливает свечение при контакте с катионами трехзарядных металлов. Также были изготовлены тест-полоски на основе фильтровальной бумаги, содержащие небольшие количества координационных полимеров, позволяющие определять наличие этих катионов в растворах и созданы светодиоды с зеленым свечением. Такими тест-системами может легко и быстро воспользоваться даже неподготовленный человек.

— Используемые нами лиганды — новые, их синтез в литературе не описан и фактически Дарья – первая, кто их получил и с ними работал. Дальше на основе синтезированных лигандов мы получали координационные полимеры, проводили их подробную характеризацию с помощью приборов Института неорганической химии СО РАН: устанавливали структуру, определяли фазовую и химическую чистоту образцов, изучали люминесцентные свойства. Далее мы исследовали, как люминесцентные свойства будут меняться в присутствии других молекул или ионов. Наши соединения демонстрируют отклик в виде увеличения интенсивности люминесценции в присутствии ионов галлия (III) и железа (III), т.е. их можно использовать для обнаружения наличия этих металлов в воде, — рассказал Евгений Дудко.

Результаты исследования Дарья Змановская представила на Международной студенческой конференции, где получила диплом 1 степени в секции «Неорганическая химия и химия материалов». Не менее успешным стало выступление на Колмогоровских чтениях, где Дарья также получила диплом 1 степени. Дарья также представила результаты исследования на Школьной проектной конференции.

— Когда я поступала в СУНЦ НГУ, то уже знала, что буду участвовать в каком-нибудь научном проекте. Мне это интересно, я хочу открывать новые горизонты, создавать что-то, чего раньше никто не делал. В обычной школе я бы даже мечтать не могла о таких возможностях. А здесь они есть — здесь можно начать свою научную деятельность еще со школы, и это уникальная возможность прикоснуться к настоящей науке, — рассказывает Дарья Змановская. — Участие в проекте дало мне много нового: я научилась работать в лаборатории, ставить цели и достигать их, подавать заявки на гранты, писать тезисы и презентовать свои исследования на конференциях. Я стала увереннее в себе и своих словах. Эти навыки помогут мне в будущей научной карьере, а проект стал первым важным шагом на моем пути. В будущем я продолжу работать над этим исследованием. Впереди еще несколько конференций. На следующий учебный год у нас уже много планов и целей, поэтому предстоит еще очень много работы.

Проект был разработан в сотрудничестве с Институтом неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, а также поддержан грантом от фонда «Эндаумент НГУ» в рамках целевого пожертвования выпускника ФМШ Дмитрия Трубникова на поддержку преподавателей и развитие исследовательской деятельности школьников.