The object of research, development or design (in Russian) : Суть проекта заключается в разработке сверхчувствительного датчика ацетона и устройства, позволяющего определять диабетическое состояние людей по анализу выдыхаемого воздуха. Новые случаи диабета увеличиваются с ростом населения планеты и превышают 463 миллиона случаев в 2019 году. Диабет приводит к миллионам смертей каждый год и требует постоянного мониторинга уровня глюкозы в крови и постоянных лечебных процедур, большинство из которых инвазивные и дорогостоящие. В Казахстане число больных сахарным диабетом увеличилось с 208 тысяч до 380 тысяч человек за последние 5-6 лет. По данным Казахстанского общества изучения диабета, сахарный диабет 2 типа является второй по значимости причиной смерти пациентов в Алматы после сердечно-сосудистых заболеваний. Из-за пандемии COVID-19 у пациентов с этим заболеванием также отмечен высокий уровень смертности. Проект направлен на изменение стратегии мониторинга диабетического состояния на неинвазивные методы определения концентрации ацетона и глюкозы с помощью датчика выдыхаемого газа. Непростой задачей является разработка газоанализатора ацетона, работающего при комнатной температуре и способного реагировать на сверхнизкие концентрации ацетона ~50 ppb. Для повышения эффективности чувствительного материала необходимо решить фундаментальные проблемы электрохимии, материаловедения.

The object of research, development or design (in Kazakh) : Жобаның мәні ультрасезімтал ацетон газының сенсорын және дем шығару анализі арқылы адамдардың диабеттік күйін айыра алатын құрылғыны жасау болып табылады. Қант диабетінің жаңа жағдайлары жаһандық халық санының өсуіне байланысты артып келеді және 2019 жылы 463 миллион жағдайдан асты. Қант диабеті жыл сайын миллиондаған өлімге әкеледі, қандағы глюкозаны тұрақты бақылауды және тұрақты емдеу процедураларын қажет етеді, олардың көпшілігі инвазивті және қымбат. Қазақстанда соңғы 5-6 жылда қант диабетімен ауыратындар саны 208 мыңнан 380 мың адамға дейін өсті. Қазақстандық қант диабетін зерттеу қоғамының мәліметі бойынша, 2 типті қант диабеті Алматыдағы науқастардың өлімжітімі бойынша жүрек-қан тамырлары ауруларынан кейін екінші орында тұр. COVID-19 пандемиясына байланысты бұл аурумен ауыратын науқастар да жоғары өлім-жітім көрсетті. Жоба диабеттік жағдайды бақылау стратегиясын дем шығаратын газ датчигі арқылы ацетон мен глюкоза концентрациясын анықтаудың инвазивті емес әдістеріне өзгертуге бағытталған. Күрделі міндет - бөлме температурасында жұмыс істейтін және ацетонның өте төмен концентрациясына ~ 50 ppb жауап беретін ацетонға арналған газ сенсоры құрылғысын жасау. Материалдың тиімділігін сезіну үшін бізге электрохимиядағы, материалтанудағы іргелі мәселелерді шешу керек. Бұл зерттеу жобасында біз газ сенсорының жоғары тиімділігіне әкелетін наноинтерфейсті манипуляциялау стратегиясы арқылы газ сезімталдығы мен селективтілігін жақсартуды ұсынамыз.

Aim of work (in Russian) : Проект направлен на разработку сверхчувствительного датчика газа на основе p-nгетероструктурированных наностержней для повышения чувствительности к газу за счет большей модуляции тока через барьер гетероперехода для обнаружения ацетона; теоретическое объяснение чувствительного механизма путем первоначальных расчетов и сборки рабочего прототипа.

Aim of work (in Kazakh) : Жоба ацетонды анықтауға арналған гетероөткелді тосқауылды қолдана отырып токтағы үлкен модуляция арқылы газ сезімталдығын арттыру үшін p-n гетероқұрылымды нанобағаналарға негізделген ультра сезімтал газ сенсорын әзірлеуге бағытталған; бастама принциптерден есептеу арқылы сезу механизмін теориялық түсіндіру және жұмыс прототипін құрастыру.

Методы исследования (на русском) : Примененные методы исследования: 1. Вакуумное магнетронное распыление, 2. Сканирующая электронная микроскопия, 3. Физико-математические расчеты из первопринципов.

Методы исследования (на казахском) : Қолданбалы зерттеу әдістері: 1. Вакуумдық магнетронды шашырату, 2. Сканерлеуші электронды микроскопия, 3. Бірінші принциптерден физикалық-математикалық есептеулер.

Obtained results and novelty (in Russian) : Были определены и охарактеризованы морфология, поверхностные функциональные группы полученного наноматериала. Ислледование наноструктуры образцов, полученных при различных температурах отжига, выявило процессы градиентной трансформации, осажденной наноразмерной гетероструктуры с повышением температуры. Оптимизированы параметры термической обработки. Исследованы газочувствительные свойства pn-гетероструктур. Датчики показали устойчивость на влажность при тестах на газы. Полученные наностержни показали быстрые время отклика и время восстановления ~36 с. и ~50 с. соответственно. Чувствительность сенсора на газ наблюдалось при низких концентрациях (50 ppb). Определена электронная структура и плотности электронных состояний. На основе полученных данных с XPS анализа было выяснено, спектры Ti2p отожженных образцов указывают на дублеты Ti2p3/2 (458.1eV) и Ti2p1/2 (463.8eV), которые относятся к степени окисления Ti4+. Так же были заметны пики Cu2p1/2 и Cu2p3/2 смещаются до 953,9 эВ (+1,5 эВ) и до 934,3 эВ (+2,0 эВ) с увеличением разделения спиновой энергии до 19,6 эВ и интенсивности его сателлитов при ~943 эВ, что соответствует конфигурации 3d10 и 3d9, соответствующей степени окисления Cu2+. Полученные результаты позволяют создать датчик газа с заданной наноархитектурой и требуемыми сенсорными свойствами. Была опубликована статья в журнале с процентилем 97 (https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.134635).

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Алынған наноматериалдың морфологиясы мен беттік функционалдық топтары анықталды және сипатталды. Әртүрлі өңдеу температураларында алынған үлгілердің наноқұрылымын зерттеу температураның жоғарылауымен тұндырылған наноөлшемді гетероқұрылымдардың градиенттік түрлену процестері анықтады. Жылулық өңдеу параметрлері оңтайландырылған. P-n-гетероқұрылымдардың газға сезімталдық қасиеттері зерттелді. Сенсорлар газ сынақтарында ылғалдылыққа төзімділік көрсетті. Алынған нанобағандар жылдам жауап беру уақытын ~36 с және қалпына келтіру уақытын көрсетті ~50 с. Сенсордың сезімталдығы газдың төмен концентрацияларында (50 ppb) байқалды. Электрондық күйлердің электрондық құрылымы мен тығыздықтары анықталды. XPS талдауынан алынған деректер негізінде өңделген үлгілердің Ti2p спектрлері Ti4+ тотығу дәрежесіне жататын Ti2p3/2 (458,1эВ) және Ti2p1/2 (463,8эВ) дублеттерін көрсететіні анықталды. Cu2p1/2 және Cu2p3/2 шыңдары да байқалды, 953,9 эВ (+1,5 эВ) және 934,3 эВ (+2,0 эВ) дейін жылжып, спин энергиясын бөлуді 19,6 эВ-ке дейін және оның серіктерінің қарқындылығын ~943 эВ деңгейінде жоғарылатты. Cu2+ тотығу дәрежесіне сәйкес келетін 3d10 және 3d9 конфигурациясына сәйкес келеді. Алынған нәтижелер нақты наноархитектурасы және қажетті сенсорлық қасиеттері бар газ сенсорын жасауға мүмкіндік береді. Мақала процентилі 97 журналда жарияланды (https://doi.org/10.1016/j.snb.2023.134635).

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Результат этого исследовательского проекта потенциально будет иметь значительное социальное влияние и может быть полезен для более чем 300 тысяч человек в Казахстане, страдающих диабетом, особенно детей, за счет отказа от инвазивных методов мониторинга. В рамках проекта мы будем воспитывать молодых ученых для нашей страны, обучая студентов и аспирантов как Назарбаев Университета, так и местного университета. В сотрудничестве с зарубежными учеными у нас будет возможность изучить передовые знания/технологии и использовать их передовые возможности. Этот обмен помогает нам совершенствовать наши технологии и способствует развитию образования и науки в Казахстане.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Бұл зерттеу жобасының нәтижесі әлеуетті маңызды әлеуметтік әсерге ие болады және қант диабетімен ауыратын Қазақстандағы 300 мыңнан астам адамға, әсіресе бақылаудың инвазивті әдістерін қолданбай балаларға пайдалы болуы мүмкін. Жоба арқылы біз Назарбаев Университетінің де, жергілікті университеттің де бакалавриат/магистратура студенттерін оқыту арқылы еліміз үшін жас ғалымдарды тәрбиелейміз. Шетелдік ғалыммен бірлесе отырып, біз озық білім/технологияларды меңгеруге және олардың озық мүмкіндіктерін пайдалануға мүмкіндік аламыз. Бұл алмасу технологияларымызды жетілдіруге көмектеседі және Қазақстандағы білім мен ғылымның дамуына пайдалы болады.

Level of implementation (in Russian) : Внедрение результатов реализации научно-исследовательского проекта не предусмотрено

Level of implementation (in Kazakh) : Ғылыми жобаның нәтижелерін енгізу ескерілмеген

Efficiency (in Russian) : Эффективность реализации научно-исследовательского проекта высокая и обусловлена возможностью наращивания потенциала отечественной науки публикацией работ в международных рецензируемых журналах первого и второго квартил

Efficiency (in Kazakh) : Ғылыми жобаны жүзеге асырудың тиімділігі жоғары және ол бірінші және екінші квартильдегі халықаралық рецензияланатын журналдарда мақалалар жариялау арқылы отандық ғылымның әлеуетін арттыру мүмкіндігімен айқындалады

Field of application (in Russian) : Достигнутые научные результаты могут быть использованы в области медицины и здравоохранения. Потенциальными потребителями результатов являются АО «СКФармация», АО «ДОФАРМ» и АО «Ордамед».

Field of application (in Kazakh) : Қол жеткен ғылыми нәтижелерді медицина мен денсаулық сақтау саласында пайдалануға болады. Нәтижелердің әлеуетті тұтынушылары «СК-Фармация» АҚ, «ДОСФАРМ» АҚ және «Ордамед» АҚ.