ЛАЗЕРНОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ АНСАМБЛЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ДЛЯ СОЗДАНИЯ БИОСОВМЕСТИМЫХ УПОРЯДОЧЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Ключевые слова:
лазерное излучение, структурирование, каркас, углеродные нанотрубки, дефекты, композиционные материалы, альбумин, биосовместимость
Аннотация
Изложены результаты создания и исследования свойств композиционных материалов, полученных при лазерном нагреве водно-альбуминовой дисперсии однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ) до образования устойчивого твердого состояния. Методом молекулярной динамики показана возможность образования внутреннего упрочняющего каркаса из ансамбля ОУНТ путем их связывания в местах дефектов под действием лазерного нагрева до температуры 80–100 °С. На основе анализа спектра комбинационного рассеяния композиционного материала описан процесс связывания атомов кислорода аминокислотных остатков альбумина с атомами углерода ОУНТ. С помощью сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии исследована внутренняя структура и поверхность композиционных материалов, размер пор в которых находится в диапазоне 30–120 нм.
Автор выражает благодарность профессору, д.ф.-м.н. Подгаецкому В.М. и научному коллективу кафедры биомедицинских систем МИЭТ за помощь в проведении экспериментальных работ и обсуждении результатов, а также научному коллективу профессора, д.ф.-м.н. Глуховой О.Е. за помощь в проведении теоретических исследований, в том числе с использованием программного продукта KVAZAR (www.nanokvazar.ru).
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации 14.Y30.17.1328-МК от 22 февраля 2017
Скачивания
Данные скачивания пока не доступны.
Литература
1. Eleckii A. V. Advances in Physical Sciences [Uspekhi fizicheskhih nauk], 1997, vol. 167, no. 9, pp. 945-972. DOI: http://dx.doi.org/10.3367/UFNr.0167.199709b.0945
2. Tuchin A. V., Tyapkina V. A., Bityutskaya L. A., Bormontov E. N. Condensed Matter and Interphase, 2016, vol. 18, no. 4, pp. 568–577. Available at: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_18_4_2016_015.pdf (in Russian)
3. Dolgikh I. I., Tyapkina V. A., Kovaleva T. A., Bityutskaya L. A. Condensed Matter and Interphase, 2016, vol. 18, no. 4, pp. 505–512. Available at: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_18_4_2016_007.pdf (in Russian)
4. Gerasimenko A. Yu., Ichkitidze L. P., Savel'ev M. S., Svetlichnii V. A., Podgaetskii V. M. Nanotechnics, 2013, no. 3(35), pp. 99-104. (in Russian)
5. Podgaetskii V. M., Gerasimenko A. Yu., Savel'ev M. S., Bobrineckii I. I., Tereshchenko S. A., Selishchev S. V., Svetlichnii V. A. News Academy of Engineering Sciences A. M. Prokhorov, 2015, no. 2, pp. 15-38. (in Russian)
6. Blagov E. V., Gerasimenko A. Yu., Dudin A. A., Ichkitidze L. P., Kitsyuk E. P., Orlov A. P., Pavlov A. A., Polohin A. A., Shaman Yu. P. Biomedical Engineering, 2016, vol. 49, no. 5, pp. 288–291. DOI 10.1007/s10527-016-9550-1
7. Ma R. Z., Wei B. Q., Xu C. L., Liang J., Wu D. H. Carbon, 2000, vol. 38, no. 4, pp. 623 –641. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00008-7
8. Sadeghpour H. R., Brian E. Physica Scripta, 2004, vol. T110, pp. 262–267. https://doi.org/10.1238/Physica.Topical.110a00262
9. Gyorgy E., Perez del Pino A., Roqueta J., Ballesteros B., Cabana L., Tobias G. J. of Nanoparticle Research, 2013, 15:1852. DOI 10.1007/s11051-013-1852-6
10. Krasheninnikov A. V., Banhart F. Nature Materials, 2007, vol. 6, pp. 723–733. doi:10.1038/nmat1996
11. Ogihara N., Usui Y., Aoki K., Shimizu M., Narita N., Hara K., Nakamura K., Ishigaki N., Takanashi S., Okamoto M., Kato H., Haniu H., Ogiwara N., Nakayama N., Taruta S., Saito N. Nanomedicine, 2012, vol. 7, no. 7, pp 981-993. DOI:10.2217/nnm.12.1
12. Abarrategi A., Gutiérrez M. C., Moreno-Vicente C., Hortigüela M. J., Ramos V., López-Lacomba J. L., Ferrer M. L., del Monte F. Biomaterials, 2008, vol. 29, no. 1, pp. 94-102. DOI:10.1016/j.biomaterials.2007.09.021
13. Newman P., Minett A., Ellis-Behnke R., Zreiqat H. Nanomedicine, 2013, vol. 9, no. 8, pp. 1139-1158. DOI:10.1016/j.nano.2013.06.001
14. Sahithi K., Swetha M., Ramasamy K., Selvamurugan N. International Journal of Biological Macromolecules, 2010, vol. 46, no. 3. pp. 281-283. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2010.01.006
15. Pan L., Pei X., He R., Wan Q., Wang J. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2012, vol. 93, pp. 226-234. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.01.011
16. Mattioli-Belmonte M., Vozzi G, Whulanza Y., Seggiani M., Fantauzzi V., Orsini G., Ahluwalia A. Materials Science and Engineering: C, 2012, vol. 32, no. 2, pp. 152-159. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.10.010
17. Venkatesan J., Qian Z., Ryu B., Kumar N. A., Kim S. Carbohydrate Polymers, 2011, vol. 83, no. 2. pp. 569-577. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.08.019
18. Lin C., Wang Y., Lai Y., Yang W., Jiao F., Zhang H., Shefang Ye., Zhang Q. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011, vol. 83, no. 2, pp. 367-375. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2010.12.011
19. Venkatesan J., Ryu B., Sudha P. N., Kim S. International Journal of Biological Macromolecules, 2012, vol. 50, no. 2, pp. 393-402. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2011.12.032
20. Sitharaman B. Shi X., Walboomers X. F., Liao H., Cuijpers V., Wilson L. J., Mikos A. G., Jansen J. A. Bone, 2008. vol. 43, no. 2, pp. 362-370. DOI:10.1016/j.bone.2008.04.013
21. Barrientos-Durán A., Carpenter E. M., Nieden N. I., Malinin T. I., Rodríguez-Manzaneque J. C., Zanello L. P. International Journal of Nanomedicine, 2014, vol. 9, pp. 42774291. doi:10.2147/IJN.S62538
22. Siqueira I. A., Corat M. A., Cavalcanti B., Ribeiro Neto W. A., Martin A. A., Bretas R. E., Marciano F. R., Lobo A. O. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, vol. 7, no. 18, pp. 9385-9398. DOI:10.1021/acsami.5b01066
23. Bleustein C. B., Felsen D., Poppas D. P. Lasers in Surgery and Medicine, 2000, vol. 27(2), pp. 82–86.
24. Bujacz A. Acta Crystallographica Section D, 2012, vol. D68, pp. 1278–1289. DOI:10.1107/S0907444912027047
25. Che J., Cagın T., Goddard W. A. Nanotechnology, 2000, vol. 11, pp. 65–69.
26. Bettinger H. F. J. Phys. Chem. B, 2005. vol. 109, no. 15, pp. 6922–6924. DOI: 10.1021/jp0440636
27. Brenner D. W., Shenderova O. A., Harrison J. A. J. Phys.: Condens. Matter, 2002, vol. 14, no. 4, pp. 783–802. https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/4/312
28. Elstner M., Porezag D., Jungnickel G., Elsner J., Haugk M., Frauenheim Th., Suhai S., Seifert G. Phys. Rev. B, 1998, vol. 58, no. 11, pp. 7260–7268. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.7260
29. Ten G. N., Nechaev V. V., Shcherbakov R. S. Baranov V. I. J. Struct. Chem., vol. 51, no. 1, pp. 32–39. DOI: https://doi.org/10.1007/s10947-010-0005-3
2. Tuchin A. V., Tyapkina V. A., Bityutskaya L. A., Bormontov E. N. Condensed Matter and Interphase, 2016, vol. 18, no. 4, pp. 568–577. Available at: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_18_4_2016_015.pdf (in Russian)
3. Dolgikh I. I., Tyapkina V. A., Kovaleva T. A., Bityutskaya L. A. Condensed Matter and Interphase, 2016, vol. 18, no. 4, pp. 505–512. Available at: http://www.kcmf.vsu.ru/resources/t_18_4_2016_007.pdf (in Russian)
4. Gerasimenko A. Yu., Ichkitidze L. P., Savel'ev M. S., Svetlichnii V. A., Podgaetskii V. M. Nanotechnics, 2013, no. 3(35), pp. 99-104. (in Russian)
5. Podgaetskii V. M., Gerasimenko A. Yu., Savel'ev M. S., Bobrineckii I. I., Tereshchenko S. A., Selishchev S. V., Svetlichnii V. A. News Academy of Engineering Sciences A. M. Prokhorov, 2015, no. 2, pp. 15-38. (in Russian)
6. Blagov E. V., Gerasimenko A. Yu., Dudin A. A., Ichkitidze L. P., Kitsyuk E. P., Orlov A. P., Pavlov A. A., Polohin A. A., Shaman Yu. P. Biomedical Engineering, 2016, vol. 49, no. 5, pp. 288–291. DOI 10.1007/s10527-016-9550-1
7. Ma R. Z., Wei B. Q., Xu C. L., Liang J., Wu D. H. Carbon, 2000, vol. 38, no. 4, pp. 623 –641. https://doi.org/10.1016/S0008-6223(00)00008-7
8. Sadeghpour H. R., Brian E. Physica Scripta, 2004, vol. T110, pp. 262–267. https://doi.org/10.1238/Physica.Topical.110a00262
9. Gyorgy E., Perez del Pino A., Roqueta J., Ballesteros B., Cabana L., Tobias G. J. of Nanoparticle Research, 2013, 15:1852. DOI 10.1007/s11051-013-1852-6
10. Krasheninnikov A. V., Banhart F. Nature Materials, 2007, vol. 6, pp. 723–733. doi:10.1038/nmat1996
11. Ogihara N., Usui Y., Aoki K., Shimizu M., Narita N., Hara K., Nakamura K., Ishigaki N., Takanashi S., Okamoto M., Kato H., Haniu H., Ogiwara N., Nakayama N., Taruta S., Saito N. Nanomedicine, 2012, vol. 7, no. 7, pp 981-993. DOI:10.2217/nnm.12.1
12. Abarrategi A., Gutiérrez M. C., Moreno-Vicente C., Hortigüela M. J., Ramos V., López-Lacomba J. L., Ferrer M. L., del Monte F. Biomaterials, 2008, vol. 29, no. 1, pp. 94-102. DOI:10.1016/j.biomaterials.2007.09.021
13. Newman P., Minett A., Ellis-Behnke R., Zreiqat H. Nanomedicine, 2013, vol. 9, no. 8, pp. 1139-1158. DOI:10.1016/j.nano.2013.06.001
14. Sahithi K., Swetha M., Ramasamy K., Selvamurugan N. International Journal of Biological Macromolecules, 2010, vol. 46, no. 3. pp. 281-283. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2010.01.006
15. Pan L., Pei X., He R., Wan Q., Wang J. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2012, vol. 93, pp. 226-234. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.01.011
16. Mattioli-Belmonte M., Vozzi G, Whulanza Y., Seggiani M., Fantauzzi V., Orsini G., Ahluwalia A. Materials Science and Engineering: C, 2012, vol. 32, no. 2, pp. 152-159. https://doi.org/10.1016/j.msec.2011.10.010
17. Venkatesan J., Qian Z., Ryu B., Kumar N. A., Kim S. Carbohydrate Polymers, 2011, vol. 83, no. 2. pp. 569-577. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2010.08.019
18. Lin C., Wang Y., Lai Y., Yang W., Jiao F., Zhang H., Shefang Ye., Zhang Q. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 2011, vol. 83, no. 2, pp. 367-375. https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2010.12.011
19. Venkatesan J., Ryu B., Sudha P. N., Kim S. International Journal of Biological Macromolecules, 2012, vol. 50, no. 2, pp. 393-402. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2011.12.032
20. Sitharaman B. Shi X., Walboomers X. F., Liao H., Cuijpers V., Wilson L. J., Mikos A. G., Jansen J. A. Bone, 2008. vol. 43, no. 2, pp. 362-370. DOI:10.1016/j.bone.2008.04.013
21. Barrientos-Durán A., Carpenter E. M., Nieden N. I., Malinin T. I., Rodríguez-Manzaneque J. C., Zanello L. P. International Journal of Nanomedicine, 2014, vol. 9, pp. 42774291. doi:10.2147/IJN.S62538
22. Siqueira I. A., Corat M. A., Cavalcanti B., Ribeiro Neto W. A., Martin A. A., Bretas R. E., Marciano F. R., Lobo A. O. ACS Applied Materials & Interfaces, 2015, vol. 7, no. 18, pp. 9385-9398. DOI:10.1021/acsami.5b01066
23. Bleustein C. B., Felsen D., Poppas D. P. Lasers in Surgery and Medicine, 2000, vol. 27(2), pp. 82–86.
24. Bujacz A. Acta Crystallographica Section D, 2012, vol. D68, pp. 1278–1289. DOI:10.1107/S0907444912027047
25. Che J., Cagın T., Goddard W. A. Nanotechnology, 2000, vol. 11, pp. 65–69.
26. Bettinger H. F. J. Phys. Chem. B, 2005. vol. 109, no. 15, pp. 6922–6924. DOI: 10.1021/jp0440636
27. Brenner D. W., Shenderova O. A., Harrison J. A. J. Phys.: Condens. Matter, 2002, vol. 14, no. 4, pp. 783–802. https://doi.org/10.1088/0953-8984/14/4/312
28. Elstner M., Porezag D., Jungnickel G., Elsner J., Haugk M., Frauenheim Th., Suhai S., Seifert G. Phys. Rev. B, 1998, vol. 58, no. 11, pp. 7260–7268. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.7260
29. Ten G. N., Nechaev V. V., Shcherbakov R. S. Baranov V. I. J. Struct. Chem., vol. 51, no. 1, pp. 32–39. DOI: https://doi.org/10.1007/s10947-010-0005-3
Опубликован
2017-12-27
Как цитировать
Gerasimenko, A. Y. (2017). ЛАЗЕРНОЕ СТРУКТУРИРОВАНИЕ АНСАМБЛЯ УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБОК ДЛЯ СОЗДАНИЯ БИОСОВМЕСТИМЫХ УПОРЯДОЧЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ. Конденсированные среды и межфазные границы, 19(4), 489-501. https://doi.org/10.17308/kcmf.2017.19/227
Выпуск
Раздел
Статьи
