Специалисты научного центра Инженерно-физического института биомедицины ядерного университета МИФИ создали прототип фотореактора, который позволяет примерно в 10 раз увеличить эффективность химических реакций в помещенном в прибор веществе.
Как рассказали ученые, работа реактора основывается на принципах поляритонной химии, изучающей связь между светом и веществом. Для того, чтобы свет максимально эффективно влиял на скорость химических реакций, его необходимо «сжать». Эту функцию может выполнить оптический резонатор, состоящий из двух тонких зеркал, расположенных параллельно на расстоянии в десятки нанометров друг от друга.
Технологически процесс увеличения скорости химических реакций выглядит так: в полость резонатора помещаются микроскопические доли вещества, молекулы которого возбуждаются с помощью лазерного излучения. Из-за того, что свет в резонаторе сильно сжат и практически без потерь энергии «курсирует» между зеркалами, молекула облучаемого вещества не успевает полностью рассеивать энергию возбуждения и приходить в состояние равновесия.
В результате в ней вместо одного колебательного уровня получается два с большей и меньшей энергией. Поскольку колебательные уровни молекул напрямую вовлечены в течение химических реакций, то благодаря их расщеплению возникает возможность повышения эффективности химического взаимодействия. В итоге на выходе получается примерно в 10 раз больше требуемого химического соединения, чем если бы химическая реакция шла без использования фотореактора.
Данный эффект может иметь большое значение для фармацевтики, потому что часто такие молекулы-энантиомеры более химически эффективны, чем молекулы, идентичные по химическому составу, но из-за зеркальной симметрии формы обладающие немного другими свойствами.
Предполагается, что новый прибор может иметь важное прикладное значение для фармацевтической и химической промышленности. Однако на данный момент стоит учитывать, что используемые в фотореакторе эффекты проявляются только при работе с микроскопическими дозами веществ. А для использования этих эффектов в промышленных масштабах понадобится создание настоящих «батарей» из множества фотореакторов.
Мона Платонова.
