Разработка методик высокоразрешающей зондовой микроскопии бионаноуглеродных материалов

• Автор: Морозов, Роман Андреевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 103 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
Глава 1. Новые возможности и перспективы применения бионаноуглеродных материалов и методы их контроля

1.1. Бионаноуглеродные композиты - новые объекты для исследования

1.2. Атомно-силовая микроскопия высокого разрешения

1.3.Сканирующая туннельная микроскопия высокого разрешения

1.4.Спектроскопия комбинационного рассеяния света, усиленная зондом... 20 Глава 2. Исследование объемного композита на основе альбумина и углеродных нанотрубок методами микроскопии высокого разрешения

2.1. Бионанокомпозит на основе альбумина и углеродных нанотрубок

2.2. Особенности атомно-силовой микроскопии бионанокомпозитов

2.3. Результаты атомно-силовой микроскопии биоианокомпозитов
2.4. Метод зонда Кельвина в сканирующей зондовой микроскопии
бионаноуглеродных композитов
Выводы по главе
Глава 3. Атомно-силовая микроскопия клеток фибробластов, выращенных на пленках из углеродных нанотрубок и альбумина [

3.1. Электростимулированное выращивание клеток фибробласта
3.2. Результаты исследования электростимулированного роста клеток фибробласта
3.3. Использование углеродных нанотрубок в качестве каркасного
материала в инженерии биологических тканей
Выводы по главе
Глава 4. Атомно-силовая, туннельная микроскопия и спектроскопия комбинационного рассеяния света ДНК молекул, усиленная зондом
4.1. Атомно-силовая микроскопия клеток ДНК в атмосфере воздуха [68]
4.2. Сканирующая туннельная микроскопия клеток ДНК в атмосфере воздуха
4.3. Спектроскопия комбинационного рассеяния света ДНК молекул,

усиленная зондом
Выводы по главе
Заключение
Список использованных сокращений
Список литературы
Благодарности
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность диссертационной работы
Разработка методов повышения эффективности формирования человеческих тканей, при регенерации повреждённых или создании новых органов, на данный момент, является актуальной задачей тканевой инженерии.
Известно, что традиционные методы хирургического протезирования сталкиваются с определенными трудностями, возникающими также в ряде других областей практической медицины. В связи с этим, в качестве заполняющего материала хирургических имплантатов были предложены объемные нанокомпозиты, изготовленные из водных дисперсий альбумина с углеродными нанотрубками под действием теплового и лазерного излучения. Выбор доступного, водорастворимого и фотостойкого глобулярного белка - альбумина, осуществляющего в организме человека и животных транспортную функцию, был обусловлен успешным опытом его применения в составе лазерных «биоприпоев».
Для установления структуры нанотрубчатых композитов возможно результативное применение методов микроскопии высокого разрешения на основе атомно-силовой микроскопии (АСМ), а также метод сканирующего зонда Кельвина.
Влияние электрических и электромагнитных полей на биологические объекты является перспективным направлением исследований в регенеративной медицине, тканевой и генной инженерии, клеточной технологии и в лечении различных заболеваний. Так, воздействие электрических полей на клетки остеобластов приводит к значительному увеличению пролиферации клеток одновременно с возрастанием в них активности щелочной фосфатазы. В поврежденных тканях, всегда присутствуют токи и потенциалы, которые участвуют в восстановлении повреждений, в частности, повреждений нервных и покровных тканей. Приложение внешних электрических полей позволяет ускорять заживление ран за счёт миграции клеток в область повреждения. Однако, основные механизмы влияния электромагнитных и электрических полей на клеточном и молекулярном уровне остаются пока неизученными досконально.

Таким образом, для атомно-силовой микроскопии принципиальным является использование полуконтактной моды сканирования, обеспечивающей минимальную деформацию поверхности композита.
Рассмотрим специфические артефакты, которые возникают при сканировании бионаноуглеродных композитов.
При сканировании композита из полимера и углеродных нанотрубок при высокой податливости полимера возможен эффект «выдавливания» углеродных нанотрубок из поверхностного слоя композита (или «утопливания» полимерных участков поверхности композита), что должно приводить к искажению реального изображения поверхности. Пользуясь формулой (2.1) можно написать неравенство
Д/гМН^<(/. (2.5)
8я£(1-/0Д
Иначе говоря, обратимая деформация поверхности подложки в пределах закона Гука не должна превышать диаметр углеродных нанотрубок (I. В случае полимерного композита с углеродными нанотрубками такое условие трудно выполнить в силу малого диаметра углеродных нанотрубок, порядка 1 нм. На рисунке 2.4 представлена модель выдавливания углеродных нанотрубок на поверхность композита.