Биофизические характеристики и фотоника биоминеральных и биомиметических нанокомпозитных структур и материалов

• Автор: Вознесенский, Сергей Серафимович
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 288 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Г лава 1 Биомннерализация — природный механизм нанотехнологий

1.1 Основные принципы построения и моделирования биоминеральных структур

1.2 Спикулы морских стеклянных губок как прототип новых нанокомпозитных структур и материалов

1.3 Гипотезы о механизмах формирования спикул и скелета стеклянных губок

Выводы к главе

Глава 2. Связь морфологии и физико-химического состава со свойствами спикул морских стеклянных губок

2.1. Выбор материала для исследований

2.2. Особенности .морфологии исследованных спикул морских стеклянных губок

2.2.1. Морфологические особенности губок Pheronema raphanus и Pheronema sp.

(Amphidiscosida, Hexactinellida)
2.2.2 Морфологические особенности губок Hyalonema sieboldy, Hyalonema (Corynonema) populiferum и Sericolophas hawaiicus (Amphidiscosida, Hexactinellida)
2.3. Нано- и микроструктурное строение спикул морских стеклянных губок
2.4 Состав и распределение химических элементов в спикулах и их связь с физическими свойствами и функциональным назначением спикул морских стеклянных губок
2.5 Степень гидратированности диоксида кремния в спикулах морских стеклянных
■ губок и ее влияние на их структурные и физико-химические свойства
Выводы к главе
Глава 3 Фотоника природных биоминералов
3.1 Введение
3.2 Оптические свойства спикул стеклянных губок
3.3 Спектры флуоресценции спикул морских стеклянных губок
3.4 Волноводные свойства спикул морских стеклянных губок
3.4.1 Модовая структура распространяющегося в спикулах излучения
3.4.2 Брэгговские моды
3.4.3 Распространяющиеся моды
3.5 Распространение сверхкоротких импульсов в спикулах морских стеклянных губок
3.6 Роль оптических свойств спикул морских стеклянных губок в системе их
жизнеобеспечения
Выводы к главе

Глава 4. Физико-химические механизмы формирования биомиметических нанокомпозитных структур и материалов
4.1 Гибридные органо-силикатные материалы в нелинейной оптике и фотонике
4.2 Направления биомиметического моделирования природных биосиликатов
4.2.1 Материалы, получаемые прямым биоорганическим синтезом с использованием активных белков
4.2.2 Многослойные нанокомпозитные материалы на основе самоорганизации функциональных полимеров и неорганических наночастиц
4.2.3 Гибридные силикатные нанокомпозитные материалы на основе биополимерной матрицы
4.3 Исследование оптических и нелинейно-оптических свойств гибридных силикатных нанокомпозитных материалов на основе биополимерной матрицы
4.4 Гибридные структуры на основе органо-неорганических гетерогенных жидкофазных нанокомпозитов
4.4.1 Нелинейно-оптические свойства органо-неорганических гетерогенных жидкофазных нанокомпозитов
4.4.2 Коллинеарное взаимодействие световых пучков в ГЖНК
Выводы к главе
Глава 5 Оптоволоконная погружная программно-аппаратная система оперативного мониторинга состояния водных экосистем и определения характеристик фитопланктона
5.1 Задачи и методы оперативного мониторинга водных экосистем
5.2 Принципы построения оптоволоконной погружной программно-аппаратной системы оперативного мониторинга состояния водных экосистем и определения характеристик фитопланктона
5.3 Практическая реализация оптоволоконной погружной программно-аппаратной системы оперативного мониторинга состояния водных экосистем и определения
характеристик фитопланктона
Выводы к главе
Заключение
Список использованных источников
Приложение

Введение
Возможности использования оптического излучения для передачи и обработки все возрастающих объемов информации стимулируют поиск принципиально новых технологий и материалов для создания элементной базы систем связи, генерации и детектирования излучения и оптоэлектронных компьютеров.
Уникальные свойства биологических материалов, синтезируемых живой Природой, всегда привлекали внимание людей с точки зрения их практического использования. Различного рода белки-коллагены издавна используются при приготовлении еды, белок куриных яиц до изобретения цемента добавлялся в различные строительные растворы, в настоящее время полисахаридные структуры, такие как целлюлоза и хитозан, имеют широчайший спектр практических применений, биополимер: натуральный шелк, более тысячи лет используется человеком. И этот ряд примеров может быть продолжен. Появившиеся два десятилетия назад возможности исследования материалов и структур на микро- и наноуровне позволили с принципиально новых позиций объяснить причины уникальности свойств биоматериалов.
Подавляющее большинство опорно-двигательных и защитных структур живых организмов построено на основе биоминеральных материалов, которые являются сложными композитными веществами. Это костная ткань, рога, зубы животных, раковины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, спикулы морских губок и т.п. В их состав входят две основные компоненты: органическая и минеральная, взаимосвязь которых обеспечивает структурированность биологических композитов на нано- микро- и макроуровнях, что в сочетании обеспечивает уникальные характеристики живых систем на их основе, которые, представляют значительный интерес для моделирования при создании новых материалов. В [1] систематизированы и выделены основные строительные блоки, составляющие микро- и наноуровень биологических материалов. Это молекулярные единицы (аминокислоты), белки
составляет около 7% всех губок, и объединяется систематиками в самостоятельный класс НехасИпеШс1а с двумя подклассами (АтрЫсИвсорИога, Нехаз1егоркога), пятью отрядами (Amphidiscosida из подкласса АтрЫсИзсоркога и Аи1оса1усо1Аа, Нехасйпо$1Аа, Ьу$яастоз{с1а, ЬусИтхсох'кЛа из подкласса Нехаз1егоркога), 17 семействами и 118 родами [107].
Спикулы морских стеклянных губок являются одним из примеров структурированных биоминералов. Установлено [111-122], что у стеклянных губок, обитающих в морских или пресных водах с небольшим количеством растворенного кремния, существует клеточный механизм избирательного накопления кремния из воды.
Спикулы губок традиционно подразделяются по размеру на две категории: мегасклеры и микросклеры (рисунок 1.7). Мегасклеры обычно формируют скелет губки, тогда как микросклеры располагаются по телу губки, в ее хоаносоматической части.

Рисунок 1.7 — СЭМ-фотографии спикул губок классов Оетоврощіае и НехасііпеІШае [123] мегасклеры (а-в); микросклеры (г-з).