Еженедельник
Объединенного института ядерных исследований
(Электронная версия с 1997 года)
Архив Содержание номера О газете На главную Фотогалерея KOI8

№ 2 (3941) от 16 января 2009:

Версия № 2 в формате pdf (~2.9 Mb)

Актуальная тема года

Нейтроны в нанодиагностике и исследованиях наноматериалов

Окончание доклада В.Л.Аксенова на первом Международном форуме по нанотехнологиям (Москва, декабрь 2008 года). Начало в №49-50, 2008 год; №1, 2009 год.

В ЛНФ в последние годы проводятся систематические исследования липидных мембран, или липидного бислоя, основой которого являются фосфолипиды, а также фосфолипидных везикул. К липидам относятся жиры и жироподобные вещества.

Липидные мембраны, как уже было отмечено, - это важная структурная единица биологических клеток. Кроме того, клетки эпидермиса кожи (корнеоциты) образуют липидную матрицу его верхнего слоя, в состав которой входят церамиды, жирные кислоты, холестерин и его производные. Именно липидная матрица определяет проницаемость кожи для воды и является главным барьером для транспорта лекарств через нее. Исследования наноструктуры фосфолипидных и церамидных мембран имеют важное научное и практическое значение и в настоящее время ведутся как в научных центрах, так и в ведущих фармацевтических и парфюмерных фирмах. Практически все ведущие парфюмерные фирмы (L'Oreal, Christain Dior, Lancome и др.) используют фосфолипиды и церамиды как основные компоненты выпускаемой продукции. Важной частью фармацевтической и косметической продукции являются однослойные и многослойные везикулы (липосомы).

По своей структуре липидная мембрана является жидкокристаллическим нанообъектом, доступным, в принципе, для изучения с помощью рентгеновских лучей. Однако сложность структуры однослойных везикул не позволяла применять до недавнего времени стандартные методы для исследования их наноструктуры. Развитый в ЛНФ ОИЯИ метод разделенных формфакторов позволяет диагностировать наноструктуру однослойных везикул. Агрегация однослойных везикул в кластеры является отрицательным фактором, влияющим на эффективность применения везикулярных переносчиков лекарств. Физико-химические основы процессов агрегации однослойных везикул в кластерные образования исследуются методом малоуглового рассеяния нейтронов (МУРН), с использованием изотопического контраста при дейтерировании.

В липидных мембранах в растворах методом малоуглового рассеяния нейтронов определяются следующие параметры: распределение по размерам для мембран и мембранных образований (везикул); распределение рассеивающей плотности вдоль толщины мембраны; степень проникновения растворителя в мембрану; параметры взаимодействия мембран и их образований (везикул) в растворах; степень кластеризации мембран и их образований (везикул).

Разрешение метода при сегодняшних возможностях развития нейтронных источников составляет порядка 1 нм. Точность определения параметров - менее 0,1 нм.

Основное и, фактически, уникальное преимущество МУРН - возможность определения внутренней структуры мембран посредством вариации рассеивающей плотности мембраны на основе замещения водород-дейтерий. Рассеяние рентгеновских лучей ограничено в этой возможности из-за слабого взаимодействия с водородом и, как следствие, слабого контраста между компонентами в органических молекулах, составляющих мембраны, и растворителем. Электронная микроскопия дает возможность судить об общих размерах и поведении мембран в растворах, не проникая в их внутреннюю структуру.

Проводимые в ЛНФ исследования связаны самым непосредственным образом с нанобиотехнологиями при создании везикулярных переносчиков лекарств.

Научная программа для реактора ИБР-2М

25 ноября 2008 года началась сборка реактора ИБР-2М, примерно через год начнется сборка активной зоны и затем последует пуск реактора. В конце 2010 года уже будет возможно проведение экспериментов с использованием нового реактора ИБР-2М. Использование нейтронов в научных исследованиях носит междисциплинарный характер. Реактор ИБР-2М, как и реактор ИБР-2, в основном предназначен для исследований конденсированного состояния вещества, которые реализуются в самых разных науках: физике и химии конденсированных сред, молекулярной биологии, коллоидной химии, физике и химии полимеров, материаловедении, геофизике. Результаты исследований находят приложения в биомедицине, фармакологии, инженерных разработках, технологиях создания новых материалов и устройств. В значительной степени проводимые на реакторе исследования относятся к нанонаукам, а их результаты могут быть реализованы в нанотехнологиях.

Важно также, что реактор используется для подготовки молодых специалистов с помощью УНЦ ОИЯИ, кафедры нейтронографии и филиала НИИЯФ МГУ имени М.В.Ломоносова. Эта подготовка изначально носит междисциплинарный характер. Так что реактор ИБР-2М является хорошей базой для реализации современных требований к науке и образованию.

Необходимым условием для содержательной научной программы является наличие современных экспериментальных установок и развитой научно-технической инфраструктуры. Поэтому создание конкурентоспособного комплекса спектрометров на реакторе ИБР-2М становится главной задачей на ближайшие несколько лет. Работы над проектом такого комплекса проводятся с 2001 года параллельно с модернизацией реактора. В ближайшие два года необходимо перейти к стадии реализации, поскольку именно от этого будет зависеть, насколько успешной будет научная программа и насколько реактор будет привлекательным для пользователей.


Редакция Веб-мастер