Учёные Сибирского федерального университета (СФУ) обнаружили ряд новых состояний уникального материала, не встречающегося в природе — металлорганических каркасов (MOFs). Пространственно-упорядоченная структура материала состоит из органических и неорганических компонентов с высокопористой структурой, устойчивых к воздействию агрессивной среды — химических веществ и высоких температур. Применяется в качестве высокоэффективного сорбента. Исследование СФУ позволило обнаружить новые свойства перспективного материала и расширить сферу его применения. Эксперименты по изучению и разработке новых материалов ведутся СФУ в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030».
В мире синтезировано более 20 000 видов MOFs. От модификации материала зависят его свойства и сферы применения: нейтрализация отравляющих газов, адресная доставка препаратов к органам-мишеням и многое другое. Применив метод комбинационного рассеяния света, исследователи СФУ в коллаборации с Федеральным исследовательским центром СО РАН обнаружили новые, ранее неизвестные науке состояния этого уникального вещества.
"Сейчас работа над этими соединениями немного напоминает конфигуратор: подбираются из таблицы Менделеева координирующие атомы и, соответственно, линкеры, которых тоже огромное множество — в итоге можно получить 1021 вариантов металл-органических конструкций. А это больше, чем на Земле существует типов молекул", — поясняет профессор Института инженерной физики и радиоэлектроники СФУ Евгения Слюсарева.
Перспективы применения MOFs
Новые формы металлорганических каркасных соединений могут найти применение в биосенсорике в качестве биочипов, где MOF будет использован в качестве носителя ДНК для доставки и связи с другой нуклеиновой кислотой. Такой метод применяется для обнаружения и борьбы с вирусами человека. Биочипы MOFs на основе новых форм могут применяться в биомедицине для обнаружения не только ДНК и РНК, но и других молекул: белков, антигенов, антител, ферментов, глюкозы, ионов металлов (Fe2+, Cu2+), анионов вроде фторид-иона. Это позволит использовать полимер для лечения широкого спектра заболеваний.
Еще одна сфера применения MOFs — диагностика на основе молекулярной визуализации в томографии: фотоакустическая, магнитно-резонансная, позитронно-эмиссионная. Данный метод позволяет производить исследования на клеточном уровне и следить за молекулярными процессами в живых организмах, не нарушая их целостности.
MOFs могут применяться не только для созидания, но и для разрушения. Объединив окислитель и горючий элемент в единую супермолекулярную структуру на основе металлорганических каркасов, которые обеспечивает идеальное смешение компонентов, можно получить высокоэффективные взрывчатые вещества с новыми заданными свойствами.
Исследование новых формы металлоорганических соединений открывают ученым широкие перспективы, позволяющие осуществить прорыв в науке о материалах. В планах ученых из Сибирского федерального университета продолжать исследование связи между пространственной структурой MOFs и новыми свойствами. Узнав, как работают эти «контейнеры» для молекул, ученые могут создавать «дизайнерские решения», задавая уникальному материалу конкретные свойства.
СПРАВКА. Металлорганические каркасы (англ. metal-organic frameworks, MOFs), металл — класс гибридных материалов, характеризуются высокой идентичностью пор, большой площадью поверхности, высокими значениями пористости. Выбор металла, органического компонента и метода синтеза определяют размер и геометрию пор. Чаще всего MOF получают методом выращивания из водных растворов (гидротермальный метод) или в среде органических растворителей (сольвотермальный метод).
