Поляритонный фотокатализ и прототип фотореактора с ГКР контролем для высокоэффективного производства биологически-активных соединений (PAPhoSERS)

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-30048

НазваниеПоляритонный фотокатализ и прототип фотореактора с ГКР контролем для высокоэффективного производства биологически-активных соединений (PAPhoSERS)

Руководитель Набиев Игорь Руфаилович, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" , г Москва

Конкурс №53 - Конкурс 2021 года по мероприятию «Проведение исследований научными лабораториями мирового уровня в рамках реализации приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-204 - Равновесие и кинетика процессов в химически реагирующих системах

Ключевые слова Сильная связь свет-вещество, поляритоны, 2D наноматериалы, фотокатализ, локальные электромагнитные поля, микрорезонатор, проточный фоторектор, гигантское комбинационное рассеяние, биологически-активные соединения, хиральность.

Код ГРНТИ31.15.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Поскольку хиральность является одним и наиболее важных факторов в биомолекулярных взаимодействиях, хиральные биологически-активные соединения играют очень важную роль в химии, биологии, фармакологии и медицине. В настоящее время, большинство из новых лекарств хиральны, а расходы на энантиометрическое разделение хиральных лекарств составляют около 40% от общей стоимости их производства. В проекте PAPhoSERS будут разаботаны новые энантиоселективные фотокатализаторы и уникальная фотокаталитическая установка, позволяющая проводить эффективную активацию С-Н связей в разнообразных химических реакциях органического синтеза. Амбиционная задача реализации активации C-H связей не сможет быть достигнута без нахождения прорывных решений: (1) в создании и использовании новых каталитических хиральных 2D-наноматериалов, (2) в понимании фундаментальных физических принципов каталитических процессов с использованием новых 2D-наноматериалов и методов их использования, и (3) в инженерных подходах к технологиям, позволяющим увеличить эффективность энантиоселективной активации C-H связей в фотокаталитических реакциях, а также осуществлять постоянный контроль за ходом этих реакций. Уникальность установки, создаваемой в проекте PAPhoSERS определяется объединением трех прорывных технологий каждая из которых, сама по себе, обеспечит выраженные сравнительные преимущества по сравнению с существующими решениями: (1) панель каталитических двумерных (2D) хиральных наноматериалов на основе нитрида бора, позволяющая проводить контролируемый синтез требуемых энантиомерных молекулярных форм биологически-активных соединений; (2) уникальная хиральная наноканальная структура высокоэффективной проточной фотокаталитической системы, включающая в себя активную среду для осуществления ГКР-контроля за эффективностью протекующих реакций с использованием спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) света, и (3) перестраиваемые микрорезонаторы, функционирующие в режиме сильной и сверх-сильной связи свет-вещество, способные повышать эффективность и селективность химических реакций. Использование хиральных 2D-наноматериалов с иммобилизированными в них фотокатализаторами на основе комплексов рутения позволит увеличить каталитическую эффективность и энантиоселективность синтеза путем обеспечения большой площади поверхности и создания высокоспецифичных каталитических хиральных мод. Еще большее повышение эффективности фотокатализа может быть достигнуто путем использования эффекта сильной связи во взаимодействии свет-вещество – специфического физического явления, ставшего в последние годы передним фронтом исследований в областях фундаментальных и прикладных аспектов физики и химии. Известно, что сильное резонансное взаимодействие света и вещества в ограниченном пространстве приводит к образованию гибридных состояний вещества с локализованным резонансным электромагнитным полем. Образующиеся гибридные «поляритонные» состояния обладают уникальными свойствами, определяемыми комбинацией оригинальных свойств возбужденного состояния вещества и локализованного фотона в микрорезонаторе. Среди этих свойств наиболее интригующими является возможность контролировать селективность и выход химических реакций и многократно увеличивать эффективность катализа, что достигается путем появления, при расщеплении оригинального электронного уровня катализатора и/или субстрата, более высокоэнергетического электронного уровня – верхнего поляритона. После создания инновационных фотокаталитических 2D-наноматериалов на основе нитрида бора и демонстрации возможности усиленного поляритонного фотокатализа с использованием этих 2D-наноматериалов, в проекте PAPhoSERS будет создан прототип проточного микрофлюидного фотокаталитического реактора, содержащего микрорезонаторы, обеспечивающие сильную связь свет-вещество, оперирующего в режиме постоянного потока, и способного производить требуемые соединения в количествах 0.01-0.1 моль/час. Этот результат будет достигнут путем интегрирования пористой матрицы из нитрида бора, содержащей иммобилизированный фотокатализатор, в полость между выпуклым и плоским зеркалом оптического микрорезонатора. Эта инновационная технология позволит достичь многократного увеличения скоростей фотокаталитических реакций при внешнем облучении рабочего объема реактора. Исследовательский прототип PAPhoSERS-фотореактора будет включать в себя регулируемый нестабильный λ/2 микрорезонатор Фабри-Перо с выпуклым металлическим зеркалом. Такая конфигурация удовлетворяет условиям плоско-параллелизма, по крайней мере в одной точке выпуклого зеркала, а также позволяет минимизировать модовый объем заключенного в микрорезонаторе электромагнитного поля. Расстояние между зеркалами подвергается тонкой регулировке с нанометровой точностью. Предлагаемая конструкция обеспечивает модовые объемы, которые на несколько порядков величины меньше тех, которые обеспечивают традиционные, плоские микрорезонаторы Фабри-Перо, используемые в большинстве текущих исследований. Кроме этого, предлагаемая конструкция микрорезонатора не только позволит увеличить силу связи, но и подавить несвязанные состояния свет-вещество. Важно отметить, что одной из целей проекта PAPhoSERS является применение разрабатываемых фотокатализаторов и исследовательского реактора для высокоэффективного производства ценных лекарств. К ним будут относиться распространенный лекарственный препарат для снижения уровня холестерина aторвастатин (липитор), очень важные противовирусные препараты (ремдесивир, фавипиравир, рибавирин и умифеновир), а также другие лекарства, которые могут быть потенциально использованы для лечения при заражении коронавирусом COVID-19 и другими вирусными инфекциями. Наконец, в проекте будет исследовано комбинационное рассеяния в процессе фотокатализа происходящего в каналах хиральной матрицы. Эта инновационная разработка позволит исследовать и понять механизмы химических реакций в ходе фотокатализа и также потенциально контролировать фотомодификацию молекул, связанных с метал-диэлектрическими резонаторами. Задачи проекта PAPhoSERS включают в себя: - Синтез хиральных 2D-наноматериалов на основе нитрида бора, функционализированных металлоорганическими фотокатализаторами на основе рутения (Ru); - Синтез новых пористых матриц, основанных на ансамблях функционализованных 2D-наноструктур на основе нитрида бора, а также дизайн и исследование уникальных наноканалов, образующихся в этих матрицах и новых мембран для хирального разделения важных энантиомерных молекул лекарственных препаратов. - Создание перестраиваемых микрорезонаторов, оперирующих в режимах сильной и ультра-сильной связи свет-вещество в видимом диапазоне оптического спектра и обеспечивающих резонанс со специфическими электронными переходами молекул, а также позволяющих достичь высоких уровней фотокаталитической активности за счет контролируемого расщепления электронных уровней энергии фотокатализатора и молекул субстрата. - Тестирование функционализированных 2D-наноматериалов на основе нитрида бора в оптических микрорезонаторах, оперирующих в режиме сильной связи при облучении излучением видимого диапазона, для проведения выбранных каталитических реакций, таких как комбинированная фото-/метал-катализируемая энантиоселективная трансформация неактивированных C-H связей сложных органических молекул для синтеза биологически-активных соединений (включая промежуточные продукты для синтеза антивирусных лекарств). - Создание и тестирование исследовательского фотореактора на основе двумерных каталитических наноматериалов и оптических резанаторов, с постоянным потоком реакционной смеси, оперирующего в режиме сильной связи при облучении излучением видимого диапазона, и позволяющего на порядки величины повысить фотокаталитическую активность. - Разработка концепции и создание новой динамической сенсорной системы мониторинга химического синтеза и эффективности фотокатализа в режиме реального времени с помощью метода гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) света. - Испытание новых мембран для хирального разделения важных энантиомерных молекул лекарственных средств (ремдесивира и рибавирина). Проект PAPhoSERS сочетает в себе опыт и многодисциплинарные компетенции вовлеченных в него ведущих ученых, экспертов в областях наук о материалах, катализе, химии, физики, и технологий сильной связи свет-вещество. Не вызывает сомнения, что разрабатываемые каталитические 2D-наноматериалы и проточные микрорезонаторы, оперирующие в режимах сильной и сверх-сильной связи, приведут к получению прорывных результатов, расширяющих нынешние границы науки и технологий, в области высокоэффективного химического синтеза, фотокатализа и хирального разделения ценных биологически-активных соединений.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Линьков П., Самохвалов П., Барышникова М., Ларонце-Кохард М., Сапи Ж., Караулов А., Набиев И. Conjugates of Ultrasmall Quantum Dots and Acridine Derivatives as Prospective Nanoprobes for Intracellular Investigations Nanomaterials, 11, 2160, p. 1-15 (год публикации - 2021)
10.3390/nano11092160

2. Набиев И. Strong light-matter coupling for optical switching through the fluorescence and FRET control Journal of Physics: Conference Series, 2058, 012001, p. 1-6 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2058/1/012001

3. Мочалов К., Самохвалов П., Нифонтова Г., Цой Т., Суханова А., Набиев И. Surface-enhanced Raman scattering of CoV-SARS-2 viral proteins in a strong coupling regime Journal of Physics: Conference Series, 2058, 012020, p.1-4 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2058/1/012020

4. Гранисо Э.А., Набиев И., Кривенков В. A numerical study of plasmon-induced enhancement of dipole emission by arrays of silver nanospheres and nanoprisms Journal of Physics: Conference Series, 2058, 012005, p. 1-5 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/2058/1/012005

5. Довженко Д., Леднев М., Мочалов К., Васкан И., Ракович Ю., Караулов А., Набиев И. Strong coupling effects in a plexciton system of gold nanostars and J-aggregates Journal of Luminescence, 242, 118557, p.1-8 (год публикации - 2021)
10.1016/j.jlumin.2021.118557

6. Барбиллон Г., Иванов А., Сарычев А.К. SERS Amplification in Au/Si Asymmetric Dimer Array Coupled to Efficient Adsorption of Thiophenol Molecules Nanomaterials, 11, 1521, p.1-10 (год публикации - 2021)
10.3390/nano11061521

7. Звайгзне М., Самохвалов П., Гунько Ю.К., Набиев И. Anisotropic nanomaterials for asymmetric synthesis Nanoscale, 2021, 1-20 (год публикации - 2021)
10.1039/d1nr05977g

8. Сарычев А.К., Суханова А.В., Иванов А.В., Быков И.В., Бахолдин Н.В., Васина Д.В., Гущин В.А., Ткачук А.П., Нифонтова Г.О., Самохвалов П.С., Караулов А., Набиев И. Label-Free Detection of the Receptor-Binding Domain of the SARS-CoV-2 Spike Glycoprotein at Physiologically Relevant Concentrations Using Surface-Enhanced Raman Spectroscopy Biosensors, 2022, 12, 300 (год публикации - 2022)
10.3390/bios12050300

9. Нифонтова Г., Петрова И., Герасимович Е., Конопский В., Аяди Н., Шарли К., Флер Ф., Караулов А., Суханова А., Набиев И. Label-Free Multiplexed Microfluidic Analysis of Protein Interactions Based on Photonic Crystal Surface Mode Imaging ACS Sensors (год публикации - 2022)

10. Сарычев А.К., Иванов А., Лагарьков А.Н., Рыжиков И., Афанасьев К., Быков И., Барбиллон Г., Бахолдин Н., Михайлов М., Смык А., Шурыгин А., Шалыгин А. Plasmon Localization and Giant Fields in an Open-Resonator Metasurface for Surface-Enhanced-Raman-Scattering Sensors Physical Review Applied, 17, 044029 (2022) (год публикации - 2022)
10.1103/PhysRevApplied.17.044029

11. Нифонтова Г., Флер Ф., Набиев И., Суханова А. Label-Free Multiplexed Analysis Using Photonic Crystal-Based Biosensors Journal of Physics: Conference Series (год публикации - 2022)

12. Иванов А.В., Бахолдин Н.В., Михайлов М.С., Лагарьков А.Н., Рыжиков И.А., Афанасьев К.Н., Быков И.В., Смык А.Ф., Шурыгин А.В., Шалыгин А.Н., Барбиллон Г., Сарычев А.К. Electric field enhancement in metal-dielectric metasurface based on periodic nanocavities Quantum Electronics, 52 (7), p. 615-619 (год публикации - 2022)
10.1070/QEL18090

13. Мочалов К.Е,, Самохвалов П.С., Гунько Ю.К. Универсальный перестраиваемый микрорезонатор для исследования взаимодействия света с веществом в режиме сильной связи. Оптика и спектроскопия (Optics and Spectroscopy) (год публикации - 2023)

14. Мочалов К.Е., Самохвалов П.С., Гунько Ю.К. Универсальный перестраиваемый микрорезонатор для исследования взаимодействия света с веществом в режиме сильной связи Optics and Spectroscopy, 2023, 131, 1 (год публикации - 2023)
10.21883/EOS.2023.01.55525.4317-22

15. Кныш А., Соколов П., Набиев И. Dynamic Light Scattering Analysis in Biomedical Research and Applications of Nanoparticles and Polymers Journal of Biomedical Photonics & Engineering, 9 (2) 2023 (год публикации - 2023)
10.18287/JBPE23.09.020203

16. Крюкова И., Гранисо Э., Самохвалов П., Набиев И., Кривенков В. Hierarchical plasmon-optical cavities based on porous silicon photonic crystals for light-matter coupling with quantum emitters Metamaterials XIV, 12568, 1256816, 2023 (год публикации - 2023)
10.1117/12.2666265

17. Нифонтова Г., Петрова И., Герасимович Е., Конопский В., Аяди Н., Чарли К., Флери Ф., Караулов А., Суханова А., Набиев И. Label-Free Multiplexed Microfluidic Analysis of Protein Interactions Based on Photonic Crystal Surface Mode Imaging International Journal of Molecular Sciences, 2023, 24, 4347 (год публикации - 2023)
10.3390/ijms24054347

18. Олейничак А., Лавера З., Сапата-Эррера М., Чувилин А., Самохвалов П., Набиев И., Гжельчак М., Ракович Ю., Кривенков В. On-demand reversible switching of the emission mode of individual semiconductor quantum emitters using plasmonic metasurfaces Applied Physics Letters (год публикации - 2023)

19. Гулевич Д., Набиев И., Самохвалов П. Machine learning–assisted colloidal synthesis: A review Materials Today Chemistry, 35 (2024) 101837 (год публикации - 2023)
10.1016/j.mtchem.2023.101837

20. Нифонтова Г., Герасимович Е., Флери Ф., Суханова А., Набиев И. Photonic Crystal Surface Mode Imaging for Multiplexed Real-Time Detection of Antibodies, Oligonucleotides, and DNA Repair Proteins EPJ Web of Conference, 287, 03007 (2023) (год публикации - 2023)
10.1051/epjconf/202328703007

21. Гранисо Э., Крюкова И., Самохвалов П., Набиев И. Enhancement of Quantum Dot Fluorescence by a Metal Nanoparticle/Porous Silicon Microcavity Hybrid System EPJ Web of Conferences, 287, 04032 (2023) (год публикации - 2023)
10.1051/epjconf/202328704032

22. Гранисо Э., Крюкова И., Эскудеро-Вилла П., Самохвалов П., Набиев И. Microfluidics and Nanofluidics in Strong Light–Matter Coupling Systems Nanomaterials, 2024, 14(18), 1520 (год публикации - 2024)
10.3390/nano14181520

23. Гранисо Э., Кныш А., Соколов П., Самохвалов П., Набиев И. Polaritonic Photocatalysis and Polariton-driven Control of Energy Relaxation Pathways in a Tunable Microcavity Physics of Atomic Nuclei, 2023, Vol. 86, No. 11, pp. 2454–2458 (год публикации - 2023)
10.1134/S1063778823110145

24. Гранисо Э., Крюкова И., Эскудеро-Вилла П., Самохвалов П., Набиев И. Enhanced fluorescence emission of a single quantum dot in a porous silicon photonic crystal—plasmonic hybrid resonator Journal of Physics: Conference Series, 2796 (2024) 012021 (год публикации - 2024)
10.1088/1742-6596/2796/1/012021

25. Калениченко Д., Крюкова И., Караулов А., Набиев И., Суханова А. Cytotoxic Effects of Doxorubicin on Cancer Cells and Macrophages Depend Differently on the Microcarrier Structure Pharmaceutics, 2024, 16, 785. (год публикации - 2024)
10.3390/pharmaceutics16060785

26. Бини Л., Герасимович Е., Набиев И. Functionalized Calcium Carbonate-Based Microparticles as a Versatile Tool for Targeted Drug Delivery and Cancer Treatment Pharmaceutics, 2024, 16, 653. (год публикации - 2024)
10.3390/pharmaceutics16050653

27. Николаев В.В., Лепехина Т.Б., Аллилуев А.С., Бидрам Э., Соколов П.М., Набиев И.Р., Кистенев Ю.В. Quantum Dot–Based Nanosensors for in Vitro Detection of My-2 cobacterium Tuberculosis Nanomaterials, 2024, 14(19), 1553 (год публикации - 2024)
10.3390/nano14191553

28. Соколов П., Евсегнеева И., Караулов А., Суханова А., Набиев И. Allergen Microarrays and New Physical Approaches to More Sensitive and Specific Detection of Allergen-Specific Antibodies Biosensors, 2024, 14, 353 (год публикации - 2024)
10.3390/bios14070353

29. Крюкова И.С., Бобровский А.Ю., Мартынов И.Л., Самохвалов П.С., Набиев И. Hybrid Systems Based on Porous Silicon Photonic Crystals, Liquid Crystals, and Quantum Dots Physics of Atomic Nuclei, 2023, Vol. 86, No. 11, pp. 2540–2545 (год публикации - 2023)
10.1134/S1063778823110273

30. Гранисо Э.А., Крюкова И.С., Набиев, И.Р., Самохвалов П.С. Оптимизация параметров электрохимического травления для повышения добротности микрорезонаторов из пористого кремния Письма в Журнал технической физики (год публикации - 2024)

31. Гранисо Э., Самохвалов П., Набиев И. Tunable Fabry–Perot Microcavity Based on Boron Nitride and Rhodamine 6G Physics of Atomic Nuclei, 2023, Vol. 86, No. 9, pp. 2091–2095 (год публикации - 2023)
10.1134/S1063778823110133

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В 2024 году, на завершающем этапе проекта, были выполнены работы по окончательной сборке и испытаниям разработанных проточного фотореактора, позволяющего проводить химические реакции в режиме сильной связи «свет-вещество», а также хиральных фотокаталитических материалов на основе модифицированного гексагонального нитрида бора (h-BN). По результатам выполненных работ был изготовлен лабораторный образец проточного реактора, включающий систему подачи реагентов (программируемый пятиканальный шприцевой насос), блок проточной ячейки-микрорезонатора (МР), блок проточного сенсора на основе эффекта гигантского комбинационного рассеяния (ГКР). Достижение режима сильной связи «свет-вещество» осуществляли в проточной ячейке, толщина канала которой соответствует толщине полости МР Фабри-Перо. При этом возможна тонкая настройка параметров МР, необходимая для подстройки моды резонатора к колебательным модам реакционной смеси. Функциональные испытания показали возможность достижения стабильного во времени режима сильной связи, когда в качестве реакционной смеси выступали вода, а также растворы красителя и фотокатализатора. При изготовлении проточной ячейки-МР и её настройке учитывали результаты теоретического моделирования системы, позволившие определить оптимальные толщины слоев зеркальных элементов и полости МР. В рамках работ по данному направлению был подготовлен комплект рабочей конструкторской документации (РКД) на шприцевой насос, блок проточной ячейки-МР, блок ГКР-сенсора. Разработанная РКД в полной мере описывает состав установки и позволит осуществлять ее изготовление с применением систем автоматизированного производства. Тестирование разработанных в рамках проекта фотокатализаторов на основе h-BN в режиме сильной связи проводили на примере реакции фотокатилитического разложения красителя – метиленового синего. Для достижения режима сильной связи «свет-вещество» моду проточного МР настраивали на полосу около 3250 см-1, соответствующую валентным колебаниям ОН-группы воды, поскольку ранее коллективом проекта и другими исследователями было показано, что наиболее эффективная сильная связь в подобных системах достигается только с молекулами растворителя. Для исследования влияния режима сильной связи на эффективность химических реакций, моду резонатора также отстраивали от положения максимума колебаний гидроксильной группы, переводя реактор в обычный режим. В качестве системы сравнения использовали тот же проточный МР, в котором зеркала были заменены на предметные стекла, а канал близкой толщины был сформирован тонкой силиконовой прокладкой. Сравнение кинетических кривых в координатах «ln(C0/C) – время облучения» для реакций фотоокисления красителя, проведенных под воздействием лазера с длиной волны излучения 446 нм в контрольной системе и МР-ячейке, настроенной на режим сильной связи, или отстроенной от этого режима, показало, что в МР-ячейке фотореакция сильно замедляется. Это может быть обусловлено двумя причинами: изменением скорости реакции в сторону ее замедления из-за эффекта сильной связи, как это наблюдалось ранее, или в результате замедления реакции фотолиза вследствие сильного снижения интенсивности света внутри полости МР. В итоге, в проточном МР-фотореакторе происходит минимум пятикратное замедление фотореакции, что превышает величины замедления реакций описанные ранее. С другой стороны, данный эффект наблюдается как в МР, настроенных на режим сильной связи «свет-вещество», так и в отстроенных МР, что не позволяет с высокой степенью достоверности отнести наблюдаемые результаты к влиянию именного этого эффекта. По этой причине было принято решение изменить тип МР в рамках работ по оптимизации фотореактора, используемого для экспериментов, и проводить реакции в МР на основе пористого кремния (ПК), полость которого представляет собой пористый слой с развитой поверхностью, размещенный между двумя Брэгговскими зеркалами, также сформированными из пористых слоев. В качестве модельной фотореакции в данном случае было выбрано восстановление цитохрома C. Примечательно, что данная реакция происходит даже в отсутствии фотокатализатора, роль которого в данном случае выполняет кремний. В ходе работ было экспериментально установлено, что структуры на основе ПК способствуют восстановлению цитохрома С под воздействием лазерного излучения с длиной волны 532 нм. При этом резонаторы на основе ПК являются более эффективными, чем монослои. Кроме этого, была установлена зависимость степени восстановления цитохрома от мощности лазерного возбуждения. Показано, что по мере повышения мощности возбуждения степень восстановления цитохрома С в резонаторе экспоненциально растет, тогда как в водных растворах и монослое из ПК степень восстановления этой молекулы практически не зависит от мощности возбуждения. Таким образом, более эффективное восстановление цитохрома С в резонаторах обусловлено, во-первых, самим материалом, а во-вторых, самой структурой резонатора в результате появления связи «свет-вещество». Помимо описанных выше эффектов было показано, что использование резонаторов на основе ПК в качестве ГКР-сенсоров позволяет повысить интенсивность сигналов КР цитохрома С, по сравнению с монослоем ПК. В частности, сравнение интенсивности спектров КР цитохрома С в этих системах при одинаковых условиях возбуждения показало, что при использовании резонатора интегральная интенсивность спектров, а также интенсивность отдельных полос цитохрома С вырастает в 5-10 раз, по сравнению с контролем. Кроме того, сканирование образцов по глубине резонатора показало, что максимум сигнала КР достигается на глубине, соответствующей положению центра полости МР. Наконец, на финальном этапе была проведена проработка плана эксплуатации и коммерциализации результатов исследования по проекту PAPhoSERS, которые возможны путем предоставления простых неисключительных лицензий на право использования технических решений, описанных в трех патентах, полученных в рамках выполнения проекта PAPhoSERS (RU 2765617 C1 от 01/02/2022 (дата приоритета 25/05/2021), патент RU 211014 U1 от 18/05/2022 (дата приоритета 21/10/2021) и патент RU 223681 U1 от 28/02/2024 (дата приоритета 09/10/2023). По результатам текущего и предыдущих этапов выполнения проекта коллективом в 2024 г были опубликованы 10 статей в научных журналах, входящих в ведущие наукометрические базы данных, а 5 из них – в журналах, входящих в первые квартили соответствующих областей знаний. Информация об основных результатах проекта, достигнутых в 2024 г доступна на сайте НИЯУ МИФИ по адресу https://mephi.ru/press/news/23821

Публикации

Возможность практического использования результатов
Дальнейшая эксплуатация и коммерциализация результатов проекта PAPhoSERS возможна для трех основных результатов исследования: проточного реактора для фотокатализа, разработанных катализаторов, и ГКР-сенсоров для проточных реакторов. Проточные реакторы для фотокатализа могут применяться, например, для разложения загрязняющих агентов в воде или воздухе, или синтеза заданных соединений. Рынок реакторов для фотокатализа неотделимо связан с рынком фотокатализаторов. В исследованиях рынков типично выделяют фотокатализаторы на основе TiO2, ZnO и т.д., так как они уже применяются для разложения загрязняющих веществ, преобразования CO2, получения водорода из воды, дезинфекции и т.д. По открытым данным маркетинговых исследований размер рынка фотокатализаторов составлял в 2022 году около 2,24 млрд. долларов США, а к 2030 году достигнет 4,7 млрд. долларов США, что соответствует среднегодовому темпу роста 9,68%. При этом темп роста рынка фотокатализаторов на основе наноматериалов, таких как стержни, пленки и т.д., изготовленные из классических фотокатализаторов и современных материалов, в этот же период составит 13,7% и продемонстрирует рост с 300 до 737 миллионов долларов США. Это указывает на больший интерес рынка к современным наноструктурированным фотокатализаторам, которые обладают большей эффективность катализа и широким спектром катализируемых реакций. Сенсоры, работающие на основе эффекта ГКР, благодаря своей высокой чувствительности широко применяются для детекции биологических молекул, а также в гетерогенном катализе, особенно в случае поверхностного катализа. Объем рынка ГКР-сенсоров в 2023 году составлял около 150 миллионов долларов США, и по данным аналитиков, он должен удвоиться к 2032 году (среднегодовой тем проста 8,3%), причем в основном за счет их применения в биологии и медицине. Таким образом основные продукты проекта находятся на активно растущих рынках и могут быть востребованы, как в научных исследованиях, так и промышленностью. Например, проточный фотореактор с ГКР-сенсорами может быть использован для исследования различных новых фотокатализаторов, так как позволит получать результаты оценки эффективности катализаторов в режиме реального времени.