Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

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

Диссертация: Исследование строения и свойств ультрадисперсных (нано-) порошков на основе меди, магния и железа, обладающих биологической активностью
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

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, Mg, Fe, входящих… Читать ещё >

Содержание

  • 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 48 2.2.1 .Определение удельной поверхности 51 2.2.2.Фракционно-газовый анализ 52 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. Просвещивающая электронная микроскопия
  • Глава 3.
  • З.Изучение низкотемпературного восстановления нанопорошков на основе железа, полученных химико-металлургическим методом

Глава 4. .Структура и свойства биологически активных нанопорошков на основе меди, магния и железа. 70 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. 86

Выводы 107

Список используемых источников

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

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 материаловедческую 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 биологическиактивных 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 медико-биологических исследованиях, современными методами анализа наноразмерных объектов, а именно:

— форму, размер и характер распределения по размерам наночастицрельеф 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, Mg, Fe, 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 ультрадисперсном состоянии до наночастиц железа с последующей пассивацией.

3. Особенности строения биологически — активных нанопорошков на основе меди, магния и железа, имеющих медицинское назначение и обладающих антибактериальными и ранозаживляющими свойствами.

Апробация работы: Основные результаты диссертационной работы изложены и обсуждены на конференциях: VIII Междунар. Научно-практ. конференции «Экология и жизнь», Пенза 2005; Междунар.конф. «Нанотехнологии — технологии 21 века», МГОУ 24−26 мая 2006 гНаучная сессия МИФИ-2007 и МИФИ-2008, «Ультрадисперсные (нано-) материалы», январь 2007 г (2008) г- 13 и 14 Междунар. Науч.-техн. конф. Студентов аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» 1−2 марта 2007 г. Секция «Наноматериалы» (28−29— февраля 2008 г, получен диплом I степени);

III Международная школа-конференция «Физическое материаловедение» «Наноматериалы технического и медицинского применения», СамараУльяновск — Тольятти — Казань — Тольятти, 24 -28 сентября 2007; Междунар. конф. «Нанотехнологии и наноматериалы в металлургии», Москва ЦНИИчермет им. И.П.Бардина" 26−27 марта 2008 г.

Выводы:

1. Показано, что материаловедческую аттестацию нанопорошков на основе металлов следует проводить комплексом методов, взаимодополняющих друг друга.

2. Проведение материаловедческой аттестации биологически активных нанопорошков на основе меди, магния и железа позволило установить, что они представляют собой смеси наночастиц металлов с пассивирующей оксидной пленкой на их поверхности и наночастиц оксидов металлов в соотношении фаз примерно 50:50% об.

3. Установлено, что наночастицы оксидов металлов представляют собой либо тонкие лепестки (CuO, Cu20, Fe304) размером 5−20 нм, либо крупные осколки — MgO 200×500 нм, либо мелкие зубчики (MgO, Mg (OH)2) размером менее 5 нм.

4. Показано, что наночастицы металлов представляют собой металлическое ядро, на поверхности которого имеется пассивирующая пленка размером от 2 до 5 нм и множество мелких оксидных наночастиц (менее 20 нм). Последние свидетельствует о" наноструктурированном строении поверхности биологически активных наночастиц металлов. Оксидные пленки и наночастицы создают на поверхности наночастиц металлов как бы защитную «оболочку», предохраняя тем самым металлическую основу от быстрого растворения в живом организме, что способствует пролонгированному действию ранозаживляющих препаратов.

5. Предложено использовать в качестве активного компонента для ранозаживляющих составов нанопорошок на основе железа, полученный химико-металлургическим методом в условиях неполного восстановления наночастиц гидроксидов железа водородом.

6. Установлено, что последовательность химических и фазовых превращений наночастиц гидроксида железа Fe (OH)3 до НЧ a-Fe в процессе низкотемпературного (400°С) восстановления в потоке водорода в течение 2 суток протекает с образованием метастабильных химических соединений (P-FeOOH и уFe203): y-Fe (0H)3=>P-Fe00H=>y-Fe203=>a-Fe203=>Fe304=> FeM.

7. Показано, что различие в форме, размере и морфологии поверхности частиц нанопорошков на основе магния и железа наряду с природой металла и типом основы-носителя обуславливают различную степень их ранозаживляющего действия в препаратах.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Перспективные материалы Структура и методы исследования Учеб. пособие /под.ред. Д.Л. Мерсона-. ТГУ, МИСиС, 2006. Гл. 4 Ю. И. Головин «Наноматериалы и нанотехнологии» с.90
  2. Р.Ф. Внизу полным-полно места: приглашение в новый мир физики // Российский химический журнал. 2002. TXLI № 5. с4−6
  3. Ю.И. Введение в нанотехнологию.// М.: «Издательство Машиностроение —1″. 2003.112 с.
  4. Н. Введение в нанотехнологию.// Бином. Лаборатория знаний. 2008 г. 136 с.
  5. Суз дал ев И. П. Нанотехнология. Физика химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. //КомКнига. 2006 г. 592 с.
  6. Пул Ч. мл, Оуэне Ф. Нанотехнологии // Техносфера. 2-ое издание. 2006 г. 336 с.
  7. Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1982.368с.
  8. А.Д., Лещенко Н. Ф. Коллоидная химия: //Учеб. Для вузов. М.: АГАР, 2001 320 с.
  9. С.А. Физические свойства малых металлических частиц.//Киев Наумкова думка. 1985 -248с.
  10. А.Д. Коллоидная химия // Учеб. Д. Вузов. М.: АГАР, 2007 344с.
  11. .Д. Основы коллоидной химии .// Учебное пособие для студентов высших учебных заведений. Academia, 2006 г. с. 240
  12. Е.Д., Перцев А. В., Амелина Е. А. Коллоидная химия // Учебник для „студентов высших учебных заведений. Естественные науки“. М.: Высшая школа. 2007 444с.
  13. Rittner M.N. ideas Flow at Fine, ultrafine, and Nano Powders 99// Amer.Ceram. sos. Bull-2000 V.79-N2. P.64−67
  14. Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1982.368с.
  15. И.Д., Трусов Л. И., Чижик С. П. Ультрадисперсные металлические среды. М.: Атомиздат, 1977 241 с.
  16. Наноматериалы. Нанотехнологии. Наносистемная техника Мировые достяжения за 2005 год. Сборник под общей редакцией д.т.н., профессора П. П. Мальцева. М.Техносфера.2006. 152 с.
  17. М., Ратнер Д. Нанотехнология : простое объяснение простой гениальной идеи //Вильмас. 2007 г. 240 с.
  18. А.И. наноматериалы, наноструктуры, нанотехнологии М, ФИЗМАТЛИТ, 2005 — 416 с.
  19. С.А. Закономерности консолидации металлических нанопорошков никеля и железа //автореферат на соискание ученой степени канд.тех.наук. 2007 с.7
  20. Д.И., Левина В. В., Дзидзигури Э. Л. Ультрадисперсные системы: получение, свойства, применение: Уч.пособие. М.: МИСиС, 2006.-182с.
  21. Г. А., Лямкин А. И. Физико-химия материалов: Учебное пособие. Красноярск, 2000 156 с
  22. Ген М.Я., Зискин М. С., Петров Ю. И. //Доклады Академии Наук СССР, т. 127 (1959), стр.366
  23. Ген М.Я., Петров Ю. И. Дисперсные конденсаты металличесого пара.//Успехи химии.1969. т. 38 № 12 с. 2249−2278
  24. Ohno S., Honma К. et al. //J.Japan Institute of Metals, v.53 (1989), p.936
  25. Ohno S., Uda M // J. Japan Institute of Metsls. v.53(1989)p.946
  26. M. И. Электровзрывные нанопорошки неорганических материалов: технология производства, характеристики, области применения // автореферат дисс. на соискание ученой степени докт. технических наук. Томск.2007 г. 31с.
  27. М. И., Шаманский В. В. Формирование наночастиц при воздействии на металлический проводник импульса тока большой мощности // Журнал структурной химии. — 2004. Т. 45. — С. 112 115.
  28. В.В. Состояние и перспективы развития химических методов получения УДС. // Материалы VI Всероссийской конф. „Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем“, 19 — 23 августа 2002, Томск. М.: МИФИ, 2002. С. 79.
  29. Процессы порошковой металлургии. В 2-х томах. Т.1. производство металлических порошков. Учебник для вузов/ Либенсон Г. А., Лопатит В. Ю., Комарицкий Г. В.- М.: МИСИС.2001. стр. 289.
  30. .М. кристаллизация сульфида кадмия из газовой фазы //Рост кристаллов .т.Ю-М.: Наука, 1974. с. 98−114
  31. .М., Шефталь Н. Н. Механизм роста кристаллов сульфида кадмия из газовой фазы //Рост кристаллов .т. 10-М.: Наука, 1974. с.115−134.
  32. SU № 330 317, МКИ В 22 F9/30, 1972
  33. SU № 384 623 МКИ В22 F 9/00, 9/30, 1973
  34. RU № 2 031 759, VRB В 22 F 9/30, Vi? 1995
  35. Ген М.Я., Миллер А. В. Левитационный метод получения ультрадисперсных порошков металлов // Поверхность. 1983 .№ 2 с.150−154
  36. Ген М.Я., Миллер А. В. АС СССР № 814 432 от 23.03.1981
  37. Ген М.Я., Петров Ю. И. Дисперсные конденсаты металличесого пара.// Успехи химии. 1969. т. 38 № 12 с. 2249−2278
  38. М.Л. Синтез и изучение химико-физических свойств поверхности ультрадисперсных частиц А1 ./диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. М.:2000 с.140
  39. Установка МИГЕН-2005. Техническое описание. ИНЭПХФ РАН. Москва 2005
  40. .В. Технология металлов. Москва. Металлургия, 1978 г.323 с.
  41. H.A., Ильин А. П., Райд B.C., Проскуровская Л. Т., Ситников А. С., Родкевич Н.Г.//Физико-химия и технология дисперсных порошков. Сб. научных трудов. АН УССР, Ин-т проблемматериаловедения, Киев: ИПМ., 1984, с. 106−109.
  42. С.С., Либенсон Г. А. Порошковая металлургия. — 3-е изд., перераб. М.: Металлургия, 1991. -432 с.
  43. Г. Э. Разработка химико-металлургического спомоба получения ультрадисперсных порошков железа и их применение в отраслях экономики / диссертация на соискание ученной степени доктора технических наук. М.:2000 109с.
  44. Г. Э. Начальная стадия низкотемпературного восстановления ультрадисперсного гидроксида железа. ДАН, 1993, т.332. № 3, с.336−337.
  45. Л.В., Вавилов Н. С., Фолманис Г. Э., Патент Российской Федерации № 2 058 223 „Способ получения железного порошка и Устройство для его осуществления“, опубл. БИ № 11, 1996.
  46. З.Я., Каргин В. А. О механизме образования коллоидных частиц. „Успехи химии“ т.24, вып. З, с. 249−259
  47. Л.В., Фолманис Г. Э., Вавилов Н. С. Процессы получения биологически активных ультрадисперсных материалов восстановлением гидроксидов. ФИЗХОМ, 1997, №.3 с.109−111.
  48. Г. И., Лохвицкая А. П., Восстановление оксидов железа газообразными восстановителями. Ж.Ф.К., 1984, т.5 вып.8 cl 1 031 113.
  49. Г. Э., Коваленко Л. В. Биологически активные нанопорошки железа//Нанотехнологии и информационные технологии — технологии XXI века: Материалы Международнойнаучно-практической конференции. — М.: изд-во МГОУ, 2006 г. с.114−117
  50. B.C. Нанопорошки железа низкотемпературного водородного восстановления // Металлургия машиностроения. -2004. N 6. — С.40−51.
  51. B.C., Баланкин А. С., Бунин И. Ж., Оксогоев А.А»., Синергетика и фракталы в материаловедении. М: Наука, 1994.382с.
  52. B.C., Фолманис Г. Э. Фрактально-синергетический подход к разработке структурно-информационных нанотехнологий // Известия академии промышленной экологии при поддержке МГОУ. 2006 г. № 3 с.42−44
  53. B.C. Приложение квантовой теории И.Пригожина к анализу самоорганизации частиц наномира // Прикладная синергетика II: Тр. Междунар. науч.-техн. конф., 20−22 окт. 2004 г. Т.1. — Уфа: УГНТУ, 2004. — С. 105−118.
  54. Э.Л. Формирование фазового состава, структуры и дисперсности нанопорошков железа, кобальта и композиций на их основе путем изменений условий их металлизации. Автореферат дис. На соискание ученой степени к.т.н. М.:МИСИС, 1998, 27 с.
  55. Н.Н. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов. // Автореф. дисс. д.б.н. Москва, 1988. — 50 с.
  56. В., Шудегов В Доктрина развития работ в Российской федерации в области нанотехнологий//Наноиндустрия. 2007. № 3 с.10−11
  57. Е.Б. Особенности действия сверхмалых доз биологически активных веществ и физических факторов низкой интенсивности //Российский химический журнал, 1999, т. XLIII, № 5, с. 3−11.
  58. Высокодисперсные порошки металлов новый класс биологически активных веществ. Федоров Ю. И., Глущенко Н. Н., Кухтина Е. Н., Синкина Е. Б., Ольховская И. П., Фаткуллина Л. Д. // I Всесоюзный Биофизический съезд: Тез. докл. — Москва, 1982. — Т. З.-С. 59.
  59. Г. В., Фолманис Г. Э., Окпаттах Годвин А.К., и др. Влияние ультрадисперсного железа на гематологические показатели у инфенцированных ВЛКРС коров /Ветеренария.2002 № 2. с. 19−2172. http://www.phvsorg.com/news9165.html
  60. А.А. Биоцидная активность наночастиц серебра в жидкой фазе и в составе нанокомпозитов // Нанотехнологии и информационные технологии -технологии XXI века: Материалы Международной научно-практической конференции.-М.: Изд-во МГОУ, 2006.- с.98−100
  61. Н.Н., Богословская О. А., Ольховская И. П. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов// Химическая физика. — 2002.-Т. 21(4).-С. 79−85.
  62. Н.Н., О.А. Богословская, Ольховская И. П. Сравнительная токсичность солей и наночастиц металлов и особенность их биологического действия, с.
  63. А.П., Безруков Д. А., Родина А.В., В.И. Попенко, В.И. Швец Современная медицина //Нанотехника. Нанотехнологии для медицины (спец.выпуск) май 2007 № 2(10) с.3−7
  64. И., Ушаков Б., Арсентьев А., Захаров Н., Дзидзигури Э., Фолманис Г., Павлов Г. Ультрадисперсные порошки // Национальная металлургия, 2002, № 4, с. 66−71.
  65. Химическая энциклопедия: в 5 т.: т.2 :Даффа-Меди/Редкол.Кнунянц И. Л. (гл.ред.) и др. -М.:Сов.энцикл., 1990. с. 621
  66. Химическая энциклопедия: в 5 т.: т.2 :Даффа-Меди/Редкол.Кнунянц И. Л. (гл.ред.) и др. -М.:Сов.энцикл., 1990. с.139
  67. Amulevicens D. Balturunal the imflune of the nanoparticle coating ICAME 2005, Т. 1.Р.5.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!