Создана люминесцентная бактерицидная керамика

МОСКВА, 19 марта. /ТАСС/. Научный коллектив из Кольского научного центра РАН и Санкт-Петербурга синтезировал светящуюся керамику с бактерицидными свойствами. Она предназначена для использования в оптике, приборостроении, медицине и вдооочистке, сообщили в пресс-службе Минобрнауки РФ.

"Ученые из Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. В. В. Тананаева и Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра РАН и Санкт-Петербургского государственного технологического института получили новый светящийся материал и комплексно изучили его возможности. Статья об исследовании опубликована в журнале Ceramics", - отметили в пресс-службе.

Люминесцентные материалы на основе сложных оксидов находят широкое применение в современной жизни от систем освещения и оптоэлектроники до таких новых направлений в медицине как биоимиджинг и фотодинамическая терапия. К этому классу материалов относятся керамические твердые растворы на основе ниобатов-танталатов редкоземельных элементов.

Эрбий, ниобий и тантал

Объектом данного исследования стали керамические твердые растворы на основе ниобатов-танталатов эрбия. Для получения образцов исследователи применили жидкофазный метод синтеза: выращивали материал из растворов, осаждая гидроксиды, которые затем подвергались высокотемпературному спеканию в печи при 1 400 градусах.

Одно из главных свойств нового материала - люминесценция с эффектом ап-конверсии. Обычно люминофоры поглощают энергию и излучают свет с меньшей энергией. Эти же керамики работают "наоборот": они поглощают невидимое человеческому глазу инфракрасное излучение (например, от лазера с длиной волны 980 нанометров) и преобразуют его в видимый свет зеленой или красной области спектра.

Впервые ученые установили, что равное соотношение ниобия и тантала создает особый синергетический эффект. В образце такого материала интенсивность свечения в видимой области превысила таковую у чистого ниобата или чистого танталата эрбия. Это открывает путь к созданию сверхчувствительных оптических температурных сенсоров. Чистый ниобат эрбия или образец с небольшим добавлением тантала продемонстрировали наилучшие показатели прочности, превзойдя некоторые марки стали. Из такой керамики можно изготавливать датчики и счетчики, которые будут работать в условиях высоких механических нагрузок.

Исследователи также выявили бактерицидные свойства порошка ErNbO4. Его действие проверили на трех видах микроорганизмов, таких как грамположительные, грамотрицательные, а также спорообразующие бактерии. Материал проявил фотоиндуцированную токсичность. Это значит, что под действием обычного дневного света керамика активно убивает бактерии. В темноте эффект был слабее: количество бактерий снижалось лишь наполовину, тогда как на свету их популяция сокращалась почти на 90%.

Ученые полагают, что эрбиевые ниобаты-танталаты могут иметь несколько сфер применения: в производстве лазеров, светодиодов и оптических усилителей для систем связи, в медицине в качестве контрастных агентов для биоимиджинга (визуализации процессов внутри организма) и фотодинамической терапии инфекций. Материалы могут пригодиться и для покрытий фильтров для очистки воды и сточных вод, которые будут стерилизовать среду под действием света, а также для бесконтактных термометров, работающих в агрессивных средах, где обычная электроника выйдет из строя.