Сотрудники лаборатории физики перспективных материалов и наноструктур Московского педагогического государственного университета (МПГУ) впервые в России провели исследование того, как полупроводниковые квантовые точки самопроизвольно присоединяются к наноконструкциям из ДНК. Научно-исследовательская работа (НИР) об этом выполнена в 2025 году в рамках государственного задания Министерства просвещения РФ. О результатах НИР и её связи с высокочувствительными биосенсорами и созданием новых оптических элементов медиапорталу «Российское образование» рассказал руководитель лаборатории физики перспективных материалов и наноструктур МПГУ, член-корреспондент Российской академии наук Андрей Наумов.
«Нам удалось не просто первыми в России собрать такие сложные гибридные наноструктуры, но и разработать надёжный способ точно определять их размеры и форму с нанометровой точностью, а это необходимое условие для создания новых материалов для фотоники и сенсорики. Поддержка Министерства просвещения позволила нам вести исследования на высоком мировом уровне и вовлекать в науку молодых людей», – отметил Андрей Наумов.
Член-корреспондент РАН пояснил, что в центре внимания исследователей оказалась технология ДНК-оригами, в которой длинную цепочку ДНК с помощью «скрепок» (коротких олигонуклеотидов) складывают в заданную форму, как лист бумаги в японском искусстве. С помощью этой технологии можно формировать сложные конструкции из молекул ДНК, которые служат своеобразными каркасами для размещения других нанообъектов.
Он сообщил, что учёные МПГУ научились собирать крошечные прямоугольные пластинки с отверстием, размер которых составляет 61 × 52 нанометра. Исследователи смешали растворы с ДНК-оригами и полупроводниковыми нанокристаллами – люминесцентными квантовыми точками – и полученные гибридные структуры исследовали методом атомно-силовой микроскопии, позволяющим анализировать форму и размеры объектов на нанометровом уровне.
С помощью атомно-силового микроскопа сотрудники лаборатории МПГУ разглядели отдельные «комплексы» и подсчитали, как часто точки прикрепляются к пластинкам. Из 74 изученных объектов квантовую точку несли 19, то есть примерно четверть. Точки предпочитали гладкую сторону пластинки и обходили отверстие: оно чуть меньше самой частицы. Таким образом исследователи экспериментально подтвердили, что при выбранных условиях отдельные квантовые точки способны самопроизвольно прикрепляться к поверхности ДНК-наноструктур.
Андрей Наумов добавил, что изображения, полученные с помощью атомно-силовой микроскопии, могут искажаться из-за геометрии сканирующего зонда. Для устранения этого эффекта учёные МПГУ разработали подход к математической обработке изображений, учитывающий влияние зонда на измеряемую форму объектов. Это позволило точнее характеризовать наноструктуры ДНК и выявлять присоединённые к ним квантовые точки.
Руководитель лаборатории физики перспективных материалов и наноструктур подчеркнул, что в ходе НИР достигнут ещё один значимый результат: собранные ДНК-конструкции оказались устойчивыми. При –20 °C они хранятся не менее года, при +4 °C – около недели.
Член-корреспондент РАН обратил внимание на то, что полученные результаты важны для дальнейшего изучения управляемой сборки гибридных наноматериалов. Возможность размещать полупроводниковые наночастицы на молекулярных каркасах из ДНК создаёт предпосылки для разработки новых оптических элементов и сенсорных систем. По словам Андрея Наумова, подобные подходы могут представлять интерес для нанофотоники, а также для создания структур, усиливающих комбинационное рассеяние света и позволяющих исследовать вещества в малых концентрациях.
Руководитель лаборатории МПГУ в заключение отметил, что работа в рамках государственного задания Минпросвещения России позволила учёным не только провести эксперименты, но и разработать надёжный способ рассматривать такие наноструктуры и точно определять их размеры и форму. Это основа для создания высокочувствительных биосенсоров, источников одиночных фотонов и носителей для адресной доставки лекарств.
Андрей Наумов сообщил, что результаты НИР опубликованы в журнале Colloid Journal в 2025 году. Исследование стало частью комплексной научно-исследовательской работы МПГУ, объединяющей фундаментальные исследования в области материаловедения и молекулярной биологии, разработку методов диагностики и создание научно-технологической основы для новых решений в области фотоники и высокочувствительной сенсорики.
Канал МПГУ в MAX
