Preview

Российские нанотехнологии

Расширенный поиск

Журнал "Российские нанотехнологии" публикует статьи междисциплинарного характера по фундаментальным вопросам исследования структуры и свойств наноразмерных объектов и наноматериалов, полимерных и биоорганических молекул, супрамолекулярных и биогибридных комплексов, а также работ, в которых рассмотрены технологии их получения и обработки, практическая реализация изделий, устройств и природоподобных систем на их основе.

Журнал публикует оригинальные статьи и обзоры, удовлетворяющие критериям высшего научного качества по следующим направлениям научно-технологических исследований:

  • самоорганизующиеся структуры и наносборки;
  • наноструктуры, нанотрубки;
  • наноматериалы функционального и конструкционного назначения;
  • полимерные, биоорганические и гибридные наноматериалы;
  • устройства и изделия на основе наноматериалов и нанотехнологий;
  • нанобиология и генетика, омиксные технологии;
  • нанобиомедицина и нанофармацевтика;
  • наноэлектроника и нейроморфные вычислительные системы;
  • нейрокогнитивные системы и технологии;
  • нанофотоника;
  • естественно-научные методы в изучении предметов культурного наследия;
  • метрология, стандартизация и контроль нанотехнологий.

 

Текущий выпуск

Том 14, № 7-8 (2019)

ОБЗОР

3-22 24
Аннотация
Одним из наиболее прочных природных материалов является паутина. Прочность ее нитей может достигать 1.3–1.5 ГПа, что сопоставимо с прочностью стали. Энергия ее разрушения достигает огромных значений 194–283 МДж/м3 , поэтому текстиль на основе паучьих нитей может найти применение в изготовлении композиционных элементов для летательных аппаратов и автомобилей. Волокна паука обладают высокой биосовместимостью, поддерживают жизнеспособность клеток и обладают антибактериальными свойствами и не вызывают иммунного ответа. Таким образом, они могут быть использованы для изготовления трехмерных пористых клеточных каркасов для целей тканевой инженерии. К несомненным достоинствам волокон паука относится то, что они не плавятся. Поэтому текстильные изделия из паучьего шелка можно использовать для изготовления армейской экипировки. К сожалению, производить паучий шелк с помощью массового разведения пауков невозможно. В связи с этим ведется разработка его синтетических аналогов с помощью технологии рекомбинантной ДНК. С целью создания отечественной технологии изготовления искусственного шелкового волокна и медицинских материалов в данном обзоре приводятся основные работы в области исследования реологических свойств растворов спидроина (основной материал паутины) и фиброина шелка, показывающие, как структурные превращения спидроина, индуцированные изменением pH, содержанием соли и напряжением сдвига, определяют его способность к самоорганизации в водных растворах. Приводится анализ важнейших работ в области мокрого, сухо-мокрого формования и электроформования волокон, а также сравнение механических свойств волокон рекомбинантного спидроина с соответствующими показателями природных волокон паука. Значительные успехи, достигнутые в последнее время в этой области, позволяют перейти к созданию волокнистых материалов нового поколения.

САМООРГАНИЗУЮЩИЕСЯ СТРУКТУРЫ И НАНОСБОРКИ

23-29 13
Аннотация
Методами растровой и атомно-силовой микроскопии, рентгеновской дифракции, рентгеноспектрального микроанализа и дифракции отраженных электронов исследованы изменения структуры, элементного и фазового состава пленок фуллерит–медь с атомной долей металла 0.5, 1, 2 и 4%, осажденных на окисленные монокристаллические подложки кремния и подвергнутых термическому воздействию в вакууме при разных температурах (470, 520, 570 и 620 К). Установлено, что в результате термического отжига при Т = 520 К (t = 1 ч) формируется нанокристаллическая структура со средним размером структурных элементов 33, 42, 50 и 65 нм для пленок фуллерит–медь с атомной долей металла 0.5, 1, 2 и 4% соответственно. Повышение температуры и времени отжига приводит к увеличению размера структурных элементов и образованию новой фазы Cux C60, относящейся к моноклинной пр. гр. P2/m. Методом электросиловой микроскопии и четырехзондовым методом исследованы изменения локальных электрических свойств и удельного электросопротивления медьсодержащих фуллеритовых пленок при отжиге в вакууме.

НАНОМАТЕРИАЛЫ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО И КОНСТРУКЦИОННОГО НАЗНАЧЕНИЯ

30-42 25
Аннотация
Приведены данные о термоэлектрической эффективности различных материалов: наноструктурированных поликристаллических; нанокомпозитов с проводящими наночастицами второй фазы; нанокомпозитов с наночастицами диэлектрика, нанокомпозитов с наночастицами второго термоэлектрика. Описано влияние наноструктурирования и создания нанокомпозитов теллурида висмута (Bi2 Te3 ) и теллурида сурьмы (Sb2 Te3 ) с графитом на термоэлектрические свойства этих материалов.
43-50 14
Аннотация
Представлены результаты исследований морфологии и химической структуры покрытий железа, осажденных методом термического осаждения на наноструктурированные поверхности алюминия и пористого оксида алюминия, до и после проведения катодных реакций выделения водорода. Показано, что увеличение диаметров пор на поверхности оксида алюминия не приводит к изменению плотности катодного тока вследствие различного вклада границ между порами в общую площадь образца, тогда как увеличение размеров полусферических углублений на поверхности пластин алюминия приводит к возрастанию плотности катодного тока, что свидетельствует об увеличении эффективности выделения водорода. Изменений морфологии и химической структуры поверхности до и после проведения реакции не выявлено.

ПОЛИМЕРНЫЕ, БИООРГАНИЧЕСКИЕ И ГИБРИДНЫЕ НАНОМАТЕРИАЛЫ

51-56 23
Аннотация
Одним из важнейших аспектов регенеративной медицины является подбор матрикса — биологического каркаса тканеинженерной конструкции. Для наилучшей воспроизводимости структуры и свойств поврежденной ткани, а также поддержания клеточной адгезии и пролиферации оптимальным является использование матриксов, полученных при децеллюляризации нативных органов с последующей рецеллюляризацией различными клеточными линиями. Методами растровой электронной микроскопии в режиме естественной среды и сканирующей импульсной ультразвуковой микроскопии определена микроструктура нативных и децеллюляризированных матриксов дермальных тканей.
57-70 13
Аннотация
Проведены комплексные исследования, сочетающие рентгеноструктурный анализ, термофизические, динамические измерения зондовым методом и сканирующую электронную микроскопию. Рассмотрена особенность кристаллической и аморфной структуры ультратонких волокон на основе поли(3-гидроксибутирата) (ПГБ), содержащего минорные концентрации (0–5%) комплексов тетрафенилпорфирина (ТФП) с марганцем (в форме MnCl2 ), цинком и железом (в форме FeCl3 ). Показано, что при добавлении в волокна ПГБ указанных комплексов меняется морфология волокон, наблюдается изменение кристалличности и замедление молекулярной подвижности в плотных и рыхлых аморфных областях ПГБ в следующей последовательности: ПГБ/ТФП, ПГБ/Zn–ТФП, ПГБ/MnCl2 –ТФП, FeCl3 –ТФП. Температурное воздействие на волокна (их отжиг при 140°С) приводит к резкому росту кристалличности и молекулярной подвижности в аморфных областях волокон. Их экспозиция в водной среде при 70°С приводит к росту энтальпии плавления и замедлению молекулярной динамики только в исходном ПГБ, но к значительному снижению энтальпии в модифицированных волокнах. Молекулярная подвижность цепей в аморфных областях при этом возрастает. Полученные волокнистые материалы обладают бактерицидными свойствами и должны найти применение при создании новых терапевтических систем антибактериального и противоопухолевого действия.

УСТРОЙСТВА И ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ НАНОМАТЕРИАЛОВ И НАНОТЕХНОЛОГИЙ

71-76 19
Аннотация
Проведено сравнение основных характеристик мемристорных элементов на основе политиофена, изготовленных методами Ленгмюра–Шефера и центрифужного нанесения (спин-коатинга). Продемонстрирована стабильность элементов на протяжении более 500 циклов электрической перезаписи для обоих методов. Показано, что элементы, изготовленные методом спин-коатинга, обладают более медленной кинетикой переключения, что, предположительно, связано с относительно более высокой однородностью поверхности пленки. Данное исследование может быть полезно для разработки политиофеновых мемристорных элементов с воспроизводимыми стабильными характеристиками, пригодными для различных применений: от элементов памяти до носимой и имплантируемой электроники и нейроморфных вычислительных систем.
77-80 11
Аннотация
Предложен и реализован уникальный метод формирования гетероструктур на основе нитрида галлия на подложках кремния при пониженных температурах роста (менее 950°С). Сформированная гетероструктура обладает атомарно-гладкой поверхностью со средней квадратичной шероховатостью 0.45 нм и высоким кристаллическим качеством. Среднее слоевое сопротивление канала двумерного электронного газа составило 415 Ом/квадрат при концентрации электронов 1.65 · 1013 см–2 и подвижности 920 см2 /В · с. Максимальная величина тока насыщения стока для транзисторов с шириной затвора 1.2 мм составила 930 мА/мм, что соответствует лучшим мировым результатам для нитрид-галлиевых транзисторов на подложках кремния.
81-90 32
Аннотация
Предложен способ управления смачиваемостью поверхности фторированного материала и контроля биообрастания за счет внедрения в структуру модифицированного наноалмаза. На примере сенсора молекулярного кислорода с помощью комплекса методов определены оптимальные условия модифицирования, не приводящие к изменению прочих функциональных свойств материала, таких как градуировочная зависимость и время отклика. Испытания in vitro показали, что небольшое количество аминированных наноалмазов придает поверхности бактерицидные свойства, но при большом содержании, напротив, наблюдается улучшенная адгезия биоматериала за счет уменьшения гидрофобности. Длительные испытания in situ в условиях, симулирующих биореактор с активно растущей биомассой, продемонстрировали практически полное отсутствие биологического обрастания у модифицированного материала и значительное обрастание сенсора из традиционно применяемого полистирола.

НАНОБИОЛОГИЯ И ГЕНЕТИКА, ОМИКСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

91-99 20
Аннотация
Предложено применение наночастиц золота (НЧЗ) в качестве носителей для снижения предела обнаружения поляризационного флуоресцентного (ПФ) аптамерного анализа. ПФ-анализ основывается на различиях флуорофора, конъюгированного с аналитом и облучаемого плоскополяризованным светом, по степени деполяризации излучаемого света до и после связывания аналита с рецептором. Применение аптамеров в качестве рецепторов в таком анализе ограничено из-за их небольшой молекулярной массы и соответственно недостаточного влияния на поляризацию. Данное ограничение может быть устранено посредством включения аптамеров в крупные межмолекулярные комплексы. Показаны преимущества НЧЗ как унифицированного, стабильного и легкомодифицируемого носителя для аптамеров. ПФ-аптамерный анализ реализован с применением НЧЗ, имеющих средний диаметр 8.7 нм, и охратоксина А (ОТА) в качестве целевого аналита. Анализ апробирован для тестирования проб белого вина. Достигнутый предел обнаружения ОТА — 2.3 мкг/кг, что в 25 раз ниже, чем при использовании нативного аптамера. Продолжительность анализа — 15 мин. Предлагаемый подход может применяться для аптамерного анализа различных низкомолекулярных соединений.

НАНОБИОМЕДИЦИНА И НАНОФАРМАЦЕВТИКА

100-105 21
Аннотация
Синтетический наноструктурированный гидроксиапатит перспективен для широкого спектра задач восстановительной медицины и имплантологии, а также в косметологии и стоматологии. Меняя условия синтеза, для каждого конкретного направления применения можно регулировать характеристики материала в соответствии с поставленной задачей. Методом химического осаждения с последующей распылительной сушкой с ультразвуковой обработкой получены образцы наноструктурированного гидроксиапатита с различным составом и размером гранул. Анализ гемосовместимости материалов в экспериментах с мононуклеарными лейкоцитами и эритроцитами крови мыши показал, что полученные образцы гранул в концентрации 40 мг на 2 мл клеточной взвеси являются гемосовместимыми по всем исследуемым показателям независимо от размера и состава сфер.