Исследование строения и свойств ультрадисперсных (нано-) порошков на основе меди, магния и железа, обладающих биологической активностью

• Автор: Зотова, Елена Сергеевна
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Введение З

Глава 1. Нанотехнологии и наноматериалы.

1. История развития нанотехнологий

1.1 .Методы получения ультрадисперсных порошков металлов

1.2.1. Физические методы получения ультрадисперсных порошков металлов

1.2.2. Химические методы получения ультрадисперсных

порошков металлов

1.2.3. Газофазный синтез нанокристаллических порошков (методы испарения-конденсации)

1.2.4. Химико-металлургический метод

1.3. Механизм и кинетика диспергирования при получении наноразмерных сред

1.4. Применение нанотехнологий в медицине
Глава 2. Материалы и методики исследования
2.1 .Материалы исследования
2.2. Методики исследования
2.2.1 .Определение удельной поверхности
2.2.2.Фракционно-газовый анализ
2.2.3 .Рентгеноструктурный анализ
2.2.4. Атомно-силовая микроскопия
2.2.5. Растровая электронная микроскопия
2.2.6.Мессбауэровская спектроскопия
2.2.7.Просвещиваюгцая электронная микроскопия 56 Глава 3.
З.Изучение низкотемпературного восстановления нанопорошков
на основе железа, полученных химико-металлургическим
методом.
Г лава 4.Структура и свойства биологически активных нанопорошков на основе меди, магния и железа
4.1. Структура и свойства биологически активных нанопорошков на основе меди, полученных методом испарения-конденсации
4.2 Структура и свойства биологически - активных нанопорошков на основе магния, полученных методом испарения -конденсации
4.3.Строение и свойства биологически активного нанопорошка на основе железа
Выводы
Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ.
Ультрадисперсные порошки металлов и оксидов металлов с размерами частиц менее 100 нм, впервые полученные в начале XX века, в последние десятилетия привлекают пристальное внимание исследователей, работающих в различных областях науки и техники, относимых к «нанотехнологии».
Одним из приоритетных направлений национальных программ по нанотехнологиям в промышленно развитых странах являются нанобиотехнологии, в том числе создание новых лекарственных препаратов на основе наночастиц металлов.
Известно, что ультрадисперсные (нано - ) порошки ряда металлов и оксидов металлов (медь, магний, железо, цинк, серебро и др.) обладают выраженной биологической активностью и входят в состав прототипов лекарственных препаратов. Оказалось, что функциональные свойства биологически активных препаратов существенно зависят от способа получения, размеров и времени хранения нанопорошков, на базе которых создавались эти препараты.
Процесс создания препарата представляет собой междисциплинарное сотрудничество, включающее в себя следующую цепочку: «производство
порошков — их материсшоведческую аттестацию — создание лекарственных средств и препаратов». Материаловедческая аттестация нанопорошков является связующим звеном в вышеприведенной цепочке, так как устанавливает структурные особенности наночастиц, получаемых определенным методом и вводимых в организм животных. В этой связи, весьма актуальной задачей является определение фазового состава, формы и размера наночастиц металлов, природы, количества и расположения в них оксидных фаз, что позволяет установить взаимосвязь структурных характеристик наночастиц металлов с их биологическими свойствами. Для решения этой задачи необходимо было провести комплексную материаловедческую аттестацию биологически -активных нанопорошков взаимодополняющими методами на нанометровом уровне, что явилось целью настоящей работы.
Цели и задачи работы: Определение структурных и физико-
химических характеристик нанопорошков на основе металлов и их взаимосвязей с антибактериальными (нанопорошки на основе меди, полученных методом испарения-конденсации) и ранозаживляющими свойствами (нанопорошки на основе магния и железа, полученных методами испарения-конденсации и химико-металлургическим, соответственно).

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
Провести аттестацию нанопорошков, исследовать строение и свойства нанопорошков на основе меди, магния и железа, используемых в медикобиологических исследованиях, современными методами анализа наноразмерных объектов, а именно:
- форму, размер и характер распределения по размерам наночастиц; рельеф поверхности биологически активных наночастиц
металлов;
• - фазовый состав;
- распределение фаз в наночастицах;
Определить взаимосвязь особенностей строения исследованных нанопорошков с их биологическими свойствами и степенью проявления антибактериальных и ранозаживляющих эффектов.
Практическая значимость
1. Предложен и обоснован комплекс взаимодополняющих методик, включающий в себя фракционно-газовый анализ (метод вакуумного плавления), рентгеноструктурный анализ, атомно-силовую микроскопию, Мессбауэровскую спектроскопию, растровую и просвечивающую
электронную микроскопию, в т.ч. высокого разрешения, для материаловедческой аттестации биологически активных нанопорошков на основе Си, М§, Бе, входящих в состав биологически-активных препаратов.
2. Установлены особенности строения биологически-активных нанопорошков на основе меди, обладающих антибактериальными свойствами, и нанопорошков на основе магния железа, используемых при изготовлении ранозаживляющих препаратов.
3. Предложено использовать в качестве активного компонента для ранозаживляющих составов нанопорошок на основе железа, полученного химико-металлургическим методом, в условиях неполного восстановления наночастиц гидроксидов водородом.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Результаты проведенной материаловедческой аттестации предложенным комплексом методик биологически активных нанопорошков на основе меди, полученных методом испарения-конденсации, нанопорошков на основе магния - методом испарения-конденсации и нанопорошков на основе железа - химико-металлургическим способом.
2. Результаты экспериментального исследования последовательности химических и фазовых превращений низкотемпературного (при 400°С) восстановления в потоке водорода гидроксидов и оксидов железа в
В частности, специалисты кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова работают над проектом "Молекулярная диагностика детских инфекций методом атомно-силовой микроскопии". Разработка основана на применении так называемого атомного силового микроскопа, с помощью которого можно сканировать поверхность живой клетки атом за атомом и получить детальную информацию об ее состоянии. Готовая методика будет использоваться для оценки качества существующих вакцин, которые применяются для массовых прививок детей, а также для создания новых противовирусных средств.
На кафедре биотехнологии МИТХТ разрабатываются препараты, молекулы которых упакованы в наиоконтейнеры — например, липосомы. В таком «упакованном» виде они поступают в организм, достигают органов и клеток-мишеней, высвобождают лекарство и распадаются на безопасные части, покидающие организм. В липосомном виде увеличивается растворимость многих лекарственных веществ, что важно для их действия. Уменьшается токсичность, поскольку действующее вещество защищено липосомной оболочкой. Поэтому лекарство действует, только когда оно достигает клетки-мишени, и по пути не деградирует, а доходит в активной форме. Все это позволяет снизить эффективную дозу лекарства, что особенно существенно, например, для онкологических больных, получающих химиотерапию.
При этом эти и большинство других исследований в России ведутся в рамках межотраслевых и отраслевых программ, финансирование которых намного уступает зарубежному /63,64/.
Использование нанотехнологий в биологии и биотехнологии уже привело к созданию ДНК — чипов и разнообразных биологических датчиков, и анализаторов, имеющих блестящие перспективы для использования в медицине и фармакологии /16/. Применение таких биодатчиков (в сочетании с веществами, способными к молекулярному распознаванию) могло бы, например, способствовать диагностике раковых заболеваний на самой ранней стадии развития, что играет огромную роль в лечебном процессе /63/. С другой стороны, известно, что многие опасные болезни (в том числе рак, сахарный диабет и т.д.) обусловлены генетическими факторами. В связи с чем, в настоящее время ведутся разработки по созданию и усовершенствованию так называемых ДНК-чипов, которые позволят легко осуществить анализ генетической информации, присущей отдельному человеку, и проводить лечебный курс, соответствующий генетическому типу конкретного пациента.