авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМ. Г.И.БУДКЕРА

СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

(ИЯФ СО

РАН)

УДК 621.384.6, 539.1.03, 535.34

И091202111803

УТВЕРЖДАЮ:

Директор ИЯФ СО РАН

академик РАН

А.Н. Скринский 2009 г.

ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ ПРОВЕДЕНИЕ ПОИСКОВЫХ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ РАБОТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИНХРОТРОННОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ОБЛАСТИ ЖИВЫХ СИСТЕМ, ИНДУСТРИИ НАНОСИСТЕМ И МАТЕРИАЛОВ, ЭКОЛОГИИ И РАЦИОНАЛЬНОГО ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ В ЦЕНТРЕ КОЛЛЕКТИВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ НАУЧНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ «СИБИРСКИЙ ЦЕНТР СИНХРОТРОННОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ (СЦСТИ)»

(МЕРОПРИЯТИЕ ПРОГРАММЫ 5.2) (Шифр № 2009-07-5.2-00-09-033) к государственному контракту № 02.552.11.7081 от 18 ноября 2009 г.

Этап ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЙ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПРОВЕДЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ МЕРОПРИЯТИЙ (промежуточный) Руководитель НИР Г.Н. Кулипанов «_»_ 2009 г.

Новосибирск Отчет 86 с., 49 рис., 6 табл., 3 прил.

СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ТЕРАГЕРЦОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ, ЦЕНТР КОЛЛЕКТИВНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ, СИБИРСКИЙ ЦЕНТР СИНХРОТРОННОГО И ТЕРАГЕРЦОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, НАУЧНЫЕ ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ Основной целью проекта является развитие центра коллективного пользования «Сибирский Центр Синхротронного и Терагерцового Излучения (СЦСТИ)» для повышения качества и расширения фронта научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, проводимых в Центре коллективного пользования организациями Российской Федерации для обеспечения комплексных исследований в области живых систем, индустрии наносистем и материалов, экологии и рационального природопользования с использованием пучков синхротронного и терагерцового излучения.

Для выполнения исследований на пучках синхротронного излучения за 1-й этап проекта было выделено 975 часов времени работы накопителя ВЭПП-3 и 240 часов времени работы накопителя ВЭПП-4. Для выполнения исследований на пучках терагерцового излучения из Новосибирского лазера на свободных электронах за отчетный период было выделено 590 часов.

За 1-й этап реализации проекта услугами Центра воспользовалось 37 организаций.

Исследования на пучках синхротронного и терагерцового излучения проводились по тематикам, в данном отчете представлены результаты работ по 10 тематикам.

Кроме выполнения исследований на пучках синхротронного и терагерцового излучения, выполнялись «Собственные работы ЦКП», направленные на развитие инфраструктуры, материальной базы и расширение возможностей ЦКП.

В проводимых исследованиях участвовало 22 студента и 12 аспирантов. По результатам выполненных работ подготовлено 64 научных публикации в ведущих мировых научных журналах, защищены 1 докторская и 3 кандидатских диссертации, 5 дипломных работ бакалавра и 8 дипломных магистерских работ.

№ 02.552.11.7081 ИЯФ СО РАН СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ Руководитель темы, д-р ф.-м.н., академик РАН Г. Н. Кулипанов (введение, заключение, раздел 7) подпись, дата Исполнители темы:

с.н.с. ИЯФ СО РАН В. Ф. Пиндюрин (раздел 3, 5, 8, 9) к.х.н., зав. лаб. ИХТТМ СО РАН Б. П. Толочко (раздел 1.3, 2.7, 8, 9) д.т.н., зав. лаб. ИЯФ СО РАН _ В. М. Аульченко (раздел 2.5) подпись, дата к.х.н., с.н.с. ИК СО РАН _ А. Н. Шмаков (раздел 1.4, 1.5, 4) подпись, дата к.х.н., с.н.с. ИХТТМ СО РАН _ А. И. Анчаров (раздел 1.6, 1.7) подпись, дата вед. инж. ИЯФ СО РАН _ А. В. Косов (раздел 2.4) подпись, дата д.ф.-м.н., зав. лаб. ИК СО РАН _ Д. И. Кочубей (раздел 2.3, 4) подпись, дата к.ф.-м.н., с.н.с. ИЯФ СО РАН _ В. В. Кубарев (раздел 1.7, 2.2) подпись, дата к.ф.-м.н., с.н.с. ИГиЛ СО РАН _ К. А. Тен (раздел 1.3, 2.7) подпись, дата н.с. ИЯФ СО РАН _ Б. Г. Гольденберг (раздел 1.1, 1.2, 2.8) подпись, дата н.с. ИЯФ СО РАН _ А. Д. Николенко (раздел 2.9, 2.10, 6) подпись, дата д.ф.-м.н., зав. лаб. ИЯФ СО РАН _ Н. А. Винокуров (раздел 2.

1) подпись, дата к.х.н., н.с. ИХТТМ СО РАН _ М. Р. Шарафутдинов (раздел 2.6) подпись, дата к.б.н., зам. дир. ИЦиГ СО РАН _ С. Е. Пельтек (раздел 1.10) подпись, дата к.ф.-м.н., с.н.с. ИЯФ СО РАН _ В. М. Попик (раздел 1.8) подпись, дата н.с. ИЦиГ СО РАН _ Т. Н. Горячковская (раздел 1.9) подпись, дата н.с. ИЯФ СО РАН _ К. Э. Купер (раздел 4) подпись, дата № 02.552.11.7081 ИЯФ СО РАН Сокращения, используемые в отчете DIMEX detector for imaging of explosion ESI Electro Spray Ionization EXAFS Extended X-ray Absorbtion Spectroscopy MALDI Matrix Assisted Laser Desorption Ionization TNT trinitrotoluene XANES X-ray Absorbtion Near Earge Spectroscopy XAS X-ray Absorbtion Spectroscopy АИМСИ абсолютный измеритель мощности синхротронного излучения АСМ атомная силовая микроскопия ВВ взрывчатое вещество ВЭПП встречные электрон – позитронные пучки ДНК дезоксирибонуклеиновая кислота ЛСЭ лазер на свободных электронах МВИ методика выполнения измерений МУРР малоугловое рентгеновское рассеяние ОД однокоординатный детектор НЛСЭ Новосибирский лазер на свободных электронах ПВ продукты взрыва ПММА полиметилметакрилат РВМ рентгеновская вычислительная микротомография РФА рентгенофлуоресцентный элементный анализ СИ синхротронное излучение СТМ сканирующая тунельная микроскопия СЦСТИ Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения СЭМ сканирующая электронная микроскопия ТАТБ 1,3,5-Триамино-2,4,6-тринитробензол, тринитрофенилентриамин ТЗ техническое задание ТИ терагерцовое излучений ТНТ тринитротолуол УР ускоритель-рекуператор УС уравнение состояния ЭМ электронная микроскопия № 02.552.11.7081 ИЯФ СО РАН Содержание Введение 1. Выполнение исследований на пучках СИ и ТИ в рамках реализации мероприятий ФЦП 1.1. Разработка и исследование свойств металлических сеточных структур, полученных методами LIGA-технологии, предназначенных для частотной и пространственной селекции мощного излучения терагерцового лазера на свободных электронах 1.2. Рентгеновские LIGA технологии синтеза 3D дифракционных структур 1.3. Тестирование высокоэнергетичных материалов методами синхротронного излучения 1.4. Упрочняющая обработка поверхностных слоев металлов и сплавов 1.5. Кислород-проводящие материалы на основе кобальтита стронция с перовскитоподобной структурой 1.6. Создание фундаментальных основ воздействия активаций на регулирование процессов взаимодействия твердых металлов и их соединений с металлическими расплавами с целью создания функциональных материалов с заданной структурой и свойствами 1.7. Метаматериалы на основе прецизионных микро- и нанооболочек для терагерцового и инфракрасного диапазонов 1.8. Применение терагерцового излучения ЛСЭ в исследовании физико-химических и биологических свойств нанообъектов различной природы 1.9 Разработка фундаментальных основ определения масс биополимеров, недоступных современным методам масс-спектрометрического анализа 1.10 Изучение фундаментальных основ селективного воздействия терагерцового излучения на пространственную организацию биологических объектов 2. Собственные работы ЦКП, направленные на развитие экспериментальной и методической базы Центра и его инфраструктуры 2.1 Подключение и наладка источников питания элементов дополнительных двух дорожек ускорения-рекуперации 2-й очереди ЛСЭ. Получение режима рекуперации энергии электронного пучка в новых дорожках 2-й очереди ЛСЭ 2.2 Монтаж оптического резонатора 2-й очереди ЛСЭ. Определение положения зеркал и их юстировка. Получение режима генерации излучения в новом ЛСЭ 2.3 Создание системы микрофокусировки СИ на основе рентгеновских линз для регистрации спектров EXAFS 2.4 Тестирование ионизационной камеры с микронным пространственным разрешением на пучке СИ 2.5 Изготовление однокоординатного рентгеновского детектора ОД-3М-350 для задач рентгеновской порошковой дифрактометрии 2.6 Разработка реакционной камеры для исследования фазовых превращений наносистем с использованием метода малоуглового рентгеновского рассеяния 2.7 Разработка прототипа 2-х координатного рентгеновского детектора с наносекундным временным разрешением 2.8 Оптимизация технологии изготовления рентгеношаблонов № 02.552.11.7081 ИЯФ СО РАН для глубокой рентгенолитографии 2.9 Подготовка к вводу в эксплуатацию и предварительная аттестация ВТСП болометра в качестве эталонного детектора в мягком рентгеновском излучении 2.10 Модернизация экспериментального объема станции "КОСМОС" 3. Подготовка и проведение конкурсов по закупкам оборудования, заключение контрактов с поставщиками оборудования 4. Проведение подготовительных работ по аттестации методик выполнения измерений и сертификации оборудования ЦКП 5. Обеспечение выполнения исследований на пучках СИ и ТИ в рамках реализации мероприятий ФЦП 6. Участие ЦКП в выставках и конференциях 7. Программа развития ЦКП на 2009 – 2010 годы 8. Сведения об услугах коллективного пользования 9. Выполнение технико-экономических показателей проекта (программных индикаторов) Заключение Приложения:

Приложение А – Перечень проводимых и планируемых к проведению в 2009-2010 годах на оборудовании ЦКП научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ Приложение Б – Справка о заключенных контрактах на поставку оборудования Приложение В – Перечень организаций - пользователей ЦКП № 02.552.11.7081 ИЯФ СО РАН Введение Основной целью настоящего проекта является выполнение работ по развитию центра коллективного пользования "Сибирский Центр Синхротронного и Терагерцового Излучения (СЦСТИ)" для обеспечения комплексных исследований в области живых систем, индустрии наносистем и материалов, экологии и рационального природопользования с использованием пучков синхротронного излучения (СИ) и терагерцового излучения (ТИ). Основной задачей такого развития является научно-методическое и приборное обеспечение научно-исследовательских, опытно-конструкторских и технологических работ, проводимых организациями Российской Федерации, с предоставлением возможности использования дорогостоящего научного оборудования: источников СИ – накопителей электронов и позитронов ВЭПП-3 (2 ГэВ) и ВЭПП- (1.56 ГэВ), экспериментальных станций для работ с пучками СИ, мощного источника терагерцового излучения на основе Новосибирского лазера на свободных электронах (ЛСЭ) и экспериментальных станций для работ с ТИ. Все эти исследования проводятся на базе Центра коллективного пользования (ЦКП) - "Сибирского центра синхротронного и терагерцового излучения" в рамках федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007- годы", других федеральных целевых ведомственных программ, научных программ РАН и других академий, имеющих государственный статус, различных грантов, а также в соответствии с тематическими планами организаций, финансируемых из федерального бюджета. Территориально Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения расположен в Учреждении Российской академии наук Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск), где установлены и функционируют источники синхротронного и терагерцового излучения, а также экспериментальные станции для работ с пучками этих излучений.

Для выполнения исследований на пучках СИ за 1-й этап проекта было выделено 975 часов времени работы накопителя ВЭПП-3 и 240 часов времени работы накопителя ВЭПП-4. Для выполнения исследований на пучках терагерцового излучения из Новосибирского лазера на свободных электронах за отчетный период было выделено 590 часов.

За 1-й этап реализации проекта услугами Центра воспользовалось 37 организаций.

Исследования на пучках синхротронного и терагерцового излучения проводились по тематикам, в данном отчете представлены результаты работ по 10 тематикам.

Кроме выполнения исследований на пучках СИ и ТИ для пользователей ЦКП, выполнялись «Собственные работы ЦКП», направленные на развитие инфраструктуры, материальной базы и расширение возможностей ЦКП. В рамках этих работ обеспечивалось выполнение комплекса № 02.552.11.7081 ИЯФ СО РАН исследований на пучках СИ и ТИ;

начата работа по закупкам оборудования для ЦКП;

проведены подготовительные работы по аттестации методик выполнения измерений и сертификации оборудования ЦКП;

подключены и налажены источники питания элементов дополнительных двух дорожек ускорения-рекуперации 2-й очереди ЛСЭ, получен режим рекуперации энергии электронного пучка в новых дорожках 2-й очереди ЛСЭ;

смонтирован оптический резонатор 2-й очереди ЛСЭ, определены положения зеркал и выполнена их юстировка, получен режим генерации излучения в новом ЛСЭ;

создана система микрофокусировки СИ на основе рентгеновских линз для регистрации спектров EXAFS;

выполнено тестирование ионизационной камеры с микронным пространственным разрешением на пучке СИ;

изготовлен однокоординатный рентгеновский детектор ОД-3М-350 для задач рентгеновской порошковой дифрактометрии;

разработана реакционная камера для исследования фазовых превращений наносистем с использованием метода малоуглового рентгеновского рассеяния;

разработан прототип 2-х координатного рентгеновского детектора с наносекундным временным разрешением;

оптимизирована технология изготовления рентгеношаблонов для глубокой рентгенолитографии;

выполнены подготовка к вводу в эксплуатацию и предварительная аттестация ВТСП болометра в качестве эталонного детектора в мягком рентгеновском излучении;

модернизирован экспериментальный объем станции "КОСМОС";

разработана программа развития ЦКП на 2009 – 2010 годы.

В проводимых исследованиях участвовало 22 студента и 12 аспирантов. По результатам выполненных работ подготовлено 64 научных публикации в ведущих мировых научных журналах, защищены 1 докторская и 3 кандидатских диссертации, 5 дипломных работ бакалавра и 8 дипломных магистерских работ.

За отчетный период специалисты Центра также приняли участие в 7-й международной специализированной выставке "Лаборатория Экспо-2009" (Москва, ВВЦ, 10-13 ноября 2009 г.) и в VII Национальной конференции "Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов. Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии" (РСНЭ-НБИК 2009) (РНЦ "Курчатовский институт", 16-21 ноября 2009 г.).

№ 02.552.11.7081 ИЯФ СО РАН 1 Выполнение исследований на пучках СИ и ТИ в рамках реализации мероприятий ФЦП Для выполнения исследований на пучках синхротронного излучения (СИ) за отчетный этап было выделено 975 часов времени работы накопителя ВЭПП-3 и 240 часов времени работы накопителя ВЭПП-4. Работа с пучками СИ проводилась на 11 экспериментальных станциях.

Выполнение всех указанных ниже исследований на экспериментальных станциях СИ накопителя ВЭПП-3 обеспечивалось нормальным функционированием еще одной станции – технической станцией стабилизации положения пучков СИ.

Для выполнения исследований на пучках терагерцового излучения (ТИ) из Новосибирского лазера на свободных электронах за отчетный период было выделено 590 часов. Исследования проводились на 4 экспериментальных станциях.

Исследования на пучках СИ и ТИ проводились по 40 тематикам (Приложение А). Ниже следует краткое описание выполненных работ за отчетный этап по 10 тематикам (п.п. 1, 2, 8, 9, 12, 19, 33, 38, 39, 40), указанных в Приложении А.

1.1 Разработка и исследование свойств металлических сеточных структур, полученных методами LIGA-технологии, предназначенных для частотной и пространственной селекции мощного излучения терагерцового лазера на свободных электронах Станция: № 0-а ВЭПП-3, LIGA Участвующие организации: Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, Новосибирск Затраченное пучковое 33 часа время:

Работа проводилась в Грант РФФИ № 07-02-01459а рамках программ (грантов):

Количественные Изготовлено и испытано 3 тестовых образца металлических показатели: сеточных структур, полученных методами LIGA-технологии Цель работы: Разработка технологического процесса изготовления методами LIGA-технологии свободновисящих металлических сеточных структур с размерами элементов в несколько десятков микрон, предназначенных для частотной и пространственной селекции мощного излучения терагерцового лазера на свободных электронах.

Актуальность: Для работы с ТГц излучением требуются медные сеточные структуры с размерами ячеек в несколько десятков - сотню микрометров при толщине около ста микрометров.

Единственным способом формирования таких глубоких микроструктур представляется LIGA технология.

Области применения: Конечным продуктом новых технологий является элементная база для регулирования выходных параметров пучка терагерцового излучения на пользовательских станциях ЛСЭ.

За отчетный период разработана методика изготовления методами LIGA-технологии свободновисящих металлических сеточных структур с размерами элементов в несколько десятков микрон, с ранее рассчитанными геометрическими параметрами, предназначенных для частотной и пространственной селекции мощного излучения терагерцового лазера на свободных электронах.

Реализованный способ изготовления свободновисящих сеточных медных структур включает в себя следующие этапы:

Из резиста SU-8 методом рентгенолитографии с применением СИ на станции “LIGA” формируется рисунок сеточной структуры на поверхности заготовки – полированном алюминиевом диске в латунной оправе. После проявления высота рисунка из SU-8 составляет 50 100 мкм. В пространство между элементами из SU-8 гальванически осаждается медь. На следующем этапе алюминиевая подложка растворяется селективно от медной сетки, натянутой на латунную оправу. Остатки резиста SU-8 из ячеек медной сетки удаляются при жидкостном травлении в ультразвуковой ванне.

Изготовлены тестовые образцы медной сеточной структуры диаметром 40 мм толщиной микрон. Фотография тестового образца свободно висящей медной сеточной структуры и СЭМ фотография отдельной ячейки структуры показаны на рисунках 1.1.1 и 1.1.2, соответственно.

Рисунок 1.1.1 - Фотография тестового образца свободно висящей медной сеточной структуры.

Рисунок 1.1.2 - СЭМ фотография отдельной ячейки (толщина сетки 75 мкм).

Результаты работ опубликованы в журнале:

С. А. Кузнецов, Б. Г. Гольденберг, П. В. Калинин, В. С. Елисеев, Е. В. Петрова. Разработка селективных элементов терагерцовой квазиоптики методами LIGA-технологии для применений на мощном новосибирском лазере на свободных электронах // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, №9, 2009, стр. 38.

Результаты работ представлены на конференциях:

1. Б. Г. Гольденберг, А.Ю.Абрамский, А.Н.Генцелев, А.Г.Зелинский, В.П.Корольков, В. И. Кондратьев, С.А.Кузнецов, Г.Н.Кулипанов, А.И.Маслий, Е. В. Петрова, В. Ф. Пиндюрин, С.Е.Пельтек, В.М. Попик, Д.С.Сороколетов. Развитие технологического комплекса LIGA технологии в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения. // VII национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследований Материалов. Тезисы докладов, 16-20 ноября года. – М.: ИК РАН, 2009. – С. 539. (устный доклад) 2. Генцелев А.Н., Гольденберг Б.Г., Кондратьев В.И., Петрова Е.В., Пиндюрин В.Ф., Зелинский А.Г. Использование графитовой фольги в качестве несущей мембраны ЛИГА-шаблонов // VII национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследований Материалов. Тезисы докладов, 16-20 ноября года. – М.: ИК РАН, 2009. – С. 571. (стендовый доклад) В проводимых исследованиях участвовал магистрант ФТФ НГТУ Сороколетов Дмитрий Сергеевич.

1.2 Рентгеновские LIGA технологии синтеза 3D дифракционных структур Станция: 0-а ВЭПП-3, LIGA Участвующие организации: Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, Новосибирск;

Институт автоматики и электрометрии СО РАН, Новосибирск;

Институт органической химии СО РАН, Новосибирск;

Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, Новосибирск Затраченное пучковое время: 31 час Работа проводилась в рамках Междисциплинарный интеграционный проект СО РАН № программ (грантов):

Количественные показатели: Отрабатывалась методика совмещения в динамической литографии, получены 5 тестовых образцов.

Цель работы: Разработка технологий объемного и поверхностного микроструктурирования материалов с использованием синхротронного излучения.

Актуальность: Данное направление исследований является в настоящее время одним из наиболее приоритетных направлений фундаментальных и прикладных исследований, включённых в Перечень критических технологий Российской Федерации (ПР-578 от 30.03.2004).

Области применения: Конечным продуктом разрабатываемой новой технологии является элементная база микрооптики от видимого до терагерцового диапазонов, фотоэлектроники, микромеханики и других отраслей, таких, например, как медицина (особенно офтальмология, урология и кардиология). Наиболее характерными и востребованными оптическими пропускающими элементами являются микролинзовые растры и интраокулярные дифракционно рефракционные линзы.

За отчетный период отрабатывались элементы технологического цикла изготовления дифракционных оптических элементов с глубоким профилем методом динамической рентгенолитографии на СИ.

Для формирования в ПММА оптических дифракционных элементов – линз Френеля с 3D профилем предложено использовать метод динамической рентгенолитографии, в котором через неподвижный рентгеношаблон, определяющий зонную структуру линзы, облучается резист ПММА, вращающийся в плоскости параллельной шаблону и перпендикулярной пучку СИ. При правильном совмещении (не хуже 10-20 мкм) центра вращения резиста и оси симметрии формирующего рисунка на шаблоне в процессе облучения в резисте формируется рисунок зонной структуры. Специальная треугольно-образная форма элементов рисунка рентгеношаблона при движении задает неоднородность дозы, в результате при проявлении элементы зонной структуры имеют заданный наклон.

Сложность совмещения оси вращения резиста и рисунка шаблона заключается в том, что эти элементы размещаются на независимых микростеперах и невозможно их совместить заранее вне объема станции, кроме того, непрозрачная для видимого света подложка рентгеношаблона из стеклоуглерода исключает возможность использовать для совмещения оптические метки. Для решения этой проблемы было разработано устройство, регистрирующее изображение рисунка рентгеношаблона непосредственно в пучке СИ в условиях реального эксперимента.

Установленная за плоскостью образца и перемещаемая синхронно с ним система (поз.6 на рисунке 1.2.1) включает в себя кристалл-люминофор вольфрамат кальция (а), линзу из свинцового стела (b), призму (с), линзу (d), цифровую камеру (е). Для калибровки совмещения анализируются изображения меток на рентгеношаблоне (микрорисунки в форме креста – рисунок 1.2.2), зарегистрированные камерой при облучении рентгеношаблона, полученные при вращении степера (5). При правильном совмещении метки, расположенные на шаблоне диаметрально относительно оси рисунка, после поворота на 180о должны совпасть.

Рисунок 1.2.1 - Внутреннее оборудование LIGA станции на ВЭПП-3.

1 – входное бериллиевое окно;

2 – рентгеношаблон;

3 – XYZ-микростепер;

4 – держатель образца;

5 - XY-микростепер;

система видеодетектирования.

Рисунок 1.2.2 - Наложенные с поворотом изображения рисунка шаблона и метки совмещения при правильном совмещении. Изображения получены on-line в пучке СИ.

Пример изготовленного тестового образца линзы Френеля с 3D профилем показан на рисунке 1.2.3.

Рисунок 1.2.3 - Тестовый образец линзы Френеля с 3D профилем.

Результаты работ представлены в публикации:

B.G. Goldenberg, V.F.Pindyurin, U.V.Ancharova, V.S.Eliseev, E.V.Petrova, V.P.Korolkov, R.K.

Nasyrov, N.Y.Nikanorov. Fabrication of microstructured optical elements for visible light by means of LIGA-technology // Nuclear instruments and methods in physics research. Sec. A. -2009. –Vol. issues 1-2. - P.157.

Результаты работ представлены также на конференции:

Б. Г. Гольденберг, А.Ю.Абрамский, А.Н.Генцелев, А.Г.Зелинский, В.П.Корольков, В. И. Кондратьев, С.А.Кузнецов, Г.Н.Кулипанов, А.И.Маслий, Е. В. Петрова, В. Ф. Пиндюрин, С.Е.Пельтек, В.М. Попик, Д.С.Сороколетов. Развитие технологического комплекса LIGA технологии в Сибирском центре синхротронного и терагерцового излучения. // VII национальная конференция по применению Рентгеновского, Синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследований Материалов. Тезисы докладов, 16-20 ноября 2009 года. – М.: ИК РАН, 2009. – С. 539. (устный доклад) В проводимых исследованиях участвовал магистрант ФТФ НГТУ Сороколетов Дмитрий Сергеевич.

1.3 Тестирование высокоэнергетичных материалов методами синхротронного излучения Станция: № 0б, ВЭПП-3, Экстремальное сосотояние вещества Участвующие ФЯЦ ВНИИТФ, г. Снежинск;

ИХТТМ СО РАН;

ИЯФ СО организации: РАН Затраченное пучковое 150 часов время:

Работа проводилась в Договор о научно-техническом сотрудничестве между ИЯФ рамках программ: СО РАН, ИГИЛ СО РАН, ИХТТМ СО РАН И ФЯЦ ВНИИТФ Цель работы: Исследование характеристик триаминотринитробензола (ТАТБ) - пространственного профиля плотности на фронте детонации в приосевой зоне и объемного распределения плотности продуктов взрыва (ПВ) за фронтом детонации. Измерение динамики мало-углового рентгеновского рассеяния (МУРР).

Актуальность: Определяется тем, что он является наиболее перспективным ВВ во всех ведущих ядерных центрах в мире из-за его высокой пожаробезопасности. При сильном нагреве это ВВ разлагается, а не взрывается.

Анализ новизны: Полученные данные являются новыми и оригинальными.

Научно-технический уровень результата: Высокий, соответствует мировому уровню Области применения: Производство новых видов вооружения.

На экспериментальной станции ускорителя ВЭПП-3, расположенного на территории ИЯФ СО РАН, были проведены эксперименты по исследованию с помощью СИ детонирующих образцов из прессованного ТАТБ. Исследовались пространственный профиль плотности на фронте детонации в приосевой зоне и объемное распределение плотности продуктов взрыва (ПВ) за фронтом детонации. Кроме этого, измерялась динамика углового распределения сигнала мало углового рентгеновского рассеяния (МУРР) после прохождения детонационной волны.

Для регистрации проходящего через исследуемый образец СИ, а также рассеянного мало углового излучения использовался быстродействующий линейный детектор DIMEX с пространственным разрешением 0.1 мм и шириной поля регистрации 20 мм.

Исследовались цилиндрические заряды диаметром 20 мм из ТАТБ (1,3,5-триамино-2,4,6 тринитробензол, ТУ 75 11903-538-90). Начальная плотность зарядов ТАТБ составляла = 1. г/см3. Их подрыв осуществлялся малогабаритным плоско-волновым генератором ударной волны.

ТАТБ является наиболее перспективным ВВ во всех ведущих ядерных центрах в мире ввиду его высокой пожаробезопасности. При сильном нагреве это ВВ разлагается, а не взрывается.

Особенностью работы было использование зарядов ТАТБ с относительно малым диаметром ( мм).

Экспериментальная сборка, показанная на рисунке 1.3.1, содержит три основные осесимметричные части, имеющие диаметр 20 мм: плоско-волновая взрывная линза, промежуточный инициатор из октогенсодержащего ВВ и заряд исследуемого ВВ длиной 30 мм.

Детали корпуса оснастки изготовлены из оргстекла, чтобы избежать повреждения взрывной камеры при подрыве сборки. Синхронизация запуска детектора осуществлялась замыканием контактного датчика установленного перед взрывной линзой. Общий вес ВВ в сборке не превышал 26 грамм в тротиловом эквиваленте.

Рисунок 1.3.1 – Экспериментальная сборка: 1 – основной заряд ВВ, 2 – промежуточный заряд, 3 – детонатор ЭДВ, 4 – провода к контактному датчику.

В таблице 1.3.1 приведены параметры плотности в зоне химической реакции в ТАТБ и ТНТ. Условные обозначения: N - плотность в пике Неймана, и – длительность химпика и его ширина, cj – плотность в плоскости Чепмена – Жуге. В последнем столбце приведено отношение плотностей N / cj в пике Неймана и в плоскости Чепмена – Жуге.

Таблица 1.3.1. Параметры плотности в зоне химической реакции в ТАТБ и ТНТ.

N, г/см3 cj, г/см3, мкс, мм N / cj ВВ ТАТБ 2,68 2,32 0,13±0,013 1,1±0,1 1, ТНТ 2,61 2,09 0,1±0,014 0,7±0,1 1, Экспериментально получено распределение плотности на фронте при детонации ТАТБ.

Получены значения плотности в пике Неймана (2.68 г/см3 для ТАТБ) при скорости детонации 7. км/с. Ширина химпика составляет 1-1.1 мм. В данной постановке экспериментов наблюдается небольшое снижение скорости детонации - на 0.15 км/с у ТАТБ (см. рисунок 1.3.2, таблицу 1.3.2).

TATB 8, 7, 7, V, km/c 6, 6, 5, 5, 12 14 16 18 20 X, mm Рисунок 1.3.2 – Скорость детонации в ТАТБ в зависимости от расстояния от начала заряда.

Таблица 1.3.2. Параметры кривизны фронта детонации в зависимости от расстояния от начала заряда.

Расстояние от торца заряда 5 мм 13 мм 20 мм 30 мм Задержка выхода, мкс 0,132 0,129 0,150 0, Скорость детонации, км/с 7,72 7,63 7,5 7, Радиус кривизны R, мм 67,36 57,14 44,37 35, 3,37 2,86 2,22 1, Радиус кривизны в диаметрах Измерено пространственное распределение плотности за фронтом детонации в зарядах ТАТБ. Методика позволяет уверенно регистрировать плотность в зоне Чепмена-Жуге, и далее в разлетающихся продуктах взрыва (рисунок 1.3.3).

Восстановлено пространственное распределение скорости и давления (рисунок 1.3.4).

Использованный метод определения механических параметров течения: полей вектора массовой скорости и давления, по известному пространственному распределению плотности, дает хорошее качественное соответствие с данными других методик (для диаметров зарядов 40 и 60 мм).

Эксперименты с регистрацией МУРР СИ при детонации ТАТБ показали, что сразу за фронтом детонации фиксируются наночастицы размером ~ (1.5-2) нм предположительно из графита. При детонации размер частиц слабо растет со временем до ~ (2.5 – 3) нм. Судя по амплитуде сигналов МУРР следов наноалмазов при детонации этих ВВ не обнаружено. Если они есть, то их размер не превышает 1 нм.

2, 2, 2,, g/cm 2, 2, 1, 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1, X, mm Рисунок 1.3.3 – Профиль плотности на фронте детонации в ТАТБ.

Рисунок 1.3.4 - Распределение плотности за фронтом детонации ТАТБ.

1.4 Упрочняющая обработка поверхностных слоев металлов и сплавов Станция: № 2 ВЭПП-3, Аномальное рассеяние Участвующие организации: Томский политехнический университет, г. Томск Затраченное пучковое время: 96 часов Работа проводилась в рамках План НИР ТПУ на 2009-2010 годы программ (грантов):

Количественные показатели: Исследовано 24 образца в геометрии съемки под скользящим углом, из них 8 образцов палладия, 10 образцов циркония и образцов нитрида титана Цель работы: Работа направлена на исследование: 1) изменения кристаллической структуры титана, циркония и палладия при электролитическом насыщении водородом поверхностных слоев материала;

2) структуры покрытий из нитрида титана при введении в материал модифицирующих добавок.

Актуальность: Определяется фундаментальными проблемами миграции водорода в твердом теле и формирования водородной подрешетки. Это в свою очередь касается прикладных проблем прочности ТВЭЛов в ядерных реакторах, а также проблемы хранения водорода для использования в водородной энергетике.

Анализ новизны: 1) В настоящее время вопрос о формировании водородной подрешетки в металле активно дискутируется в литературе;

2) Как правило, нанесение упрочняющих покрытий базируется на эмпирических принципах, тогда как детального исследования причин повышения прочности нитрид-титановых покрытий до сих пор не проводилось.

Научно-технический уровень результата: Высокий, соответствует мировому уровню.

Области применения: Атомная энергетика, водородная энергетика, новые функциональные материалы.

Получены результаты исследования изменения кристаллической структуры титана, циркония и палладия при электролитическом насыщении водородом. Из полученных данных следует:

Насыщение водородом образцов титана в 1 молярном растворе H2SO4 при плотности тока 0.01 А/м2 в течение 4 часов приводит к появлению на дифрактограммах рефлексов, свидетельствующих об образовании в титане водородной подрешетки и возникновении гибридных фаз.

При насыщении водородом даже при значительно больших длительностях в аналогичных условиях образцов циркония новых кристаллических фаз не образуется.

Существенные изменения элементарной ячейки кристалла при насыщении водородом происходят в палладии. Исследования динамики выхода водорода из палладия показали его экспоненциальный характер в зависимости от времени при малых дозах радиационного воздействия рентгеновского излучения с энергией 10.5 кэВ. При удалении водорода из образцов путем отжига дифракционные рефлексы возвращаются в положения, занимаемые до насыщения.

При неравновесном радиационно-стимулированном выходе водорода из палладиевых образцов при экспозиционных дозах рентгеновского излучения в несколько сотен Дж/см2 наблюдается увеличение некоторых межплоскостных расстояний по сравнению с исходным образцом.

В проводимых исследованиях участвовали аспиранты Томского политехнического университета: Галимов Руслан Михайлович, Малинкин Иван Алексеевич.

Результаты работ представлены на конференции:

Тимченко Н.А., Баумбах Т., Дойль С., Слободский Т., Филатова Т., Галимов Р.М., Лидер А.М., Чернов И.П., Малинкин И.А., Шмаков А.Н. Изменение кристаллической структуры титана, циркония и палладия при электролитическом насыщении водородом. // VII Национальная конференция Рентгеновское, Синхротронное излучения, Нейтроны и Электроны для исследования наносистем и материалов Нано-Био-Инфо-Когнитивные технологии РСНЭ-НБИК-2009, 16- ноября 2009 г., Москва. Тезисы докладов, стр.394.

1.5 Кислород-проводящие материалы на основе кобальтита стронция с перовскитоподобной структурой Станция: № 2 ВЭПП-3, Аномальное рассеяние Участвующие Институт катализа им.Г.К.Борескова СО РАН организации:

Затраченное пучковое 288 часов время:

Работа проводилась в Междисциплинарный интеграционный проект СО РАН № рамках программ (грантов):

Количественные Исследовано 3 образца кобальтита стронция, допированного показатели: железом и ниобием, в исходном состоянии, после проведения термо-вакуумной обработки при различных температурах и после прогрева на атмосфере при различных температурах.

Цель работы: Исследование структурных характеристик кислород-проводящих материалов на основе кобальтита стронция с перовскитоподобной структурой.

Актуальность: Актуальность исследования определяется потребностью нахождения кислород проводящего термически и механически прочного и стабильного материала для изготовления мембран в окислительных реакторах и топливных элементах.

Анализ новизны: В настоящее время в литературе имеются данные по перовскито-подобным кислород-проводящим оксидам различного состава, в том числе и на основе кобальтитов стронция. В данном случае новизна определяется использованием в качестве допантов железа и ниобия.

Научно-технический уровень результата: Высокий, соответствует мировому уровню.

Области применения: Водородная энергетика, химическая промышленность, тонкий органический синтез, новые функциональные материалы.

Если кислород-дефицитный перовскитоподобный оксид нагреть на воздухе, можно ожидать внедрение кислорода в структуру, причём чем выше температура, тем больше будет поток кислорода внутрь образца и тем меньше кислородный дефицит в нём. В данном исследовании процессов релаксации кислорода были использованы образцы SrCo0,6Fe0,2Nb0,2O3-z, прогретые изначально в вакууме (10-4 мбар) в течение двух часов до температуры 550°C. Затем кислород-дефицитные образцы подвергались нагреву на воздухе в интервале температур 160 400°C в течение времени от 15 мин до 67 часов в зависимости от температуры прогрева. После этого проводилась регистрация рентгенограмм ex situ.

В результате такого исследования обнаружено, что при температуре прогрева 160°C и ниже за время порядка суток не происходит значительных изменений в параметрах элементарной ячейки обеих фаз. При повышении температуры прогрева на воздухе наблюдается заметное уменьшение параметра элементарной ячейки второй фазы при относительном постоянстве параметра первой фазы, в пределах оцениваемых погрешностей. Следовательно, внедрение кислорода в структуру сказывается на изменении структуры лишь второй фазы. Это может косвенно подтверждать предположение о том, что вторая фаза обладает большим дефицитом по кислороду, по сравнению с первой. Кинетика процесса релаксации достаточно быстра, характерное время составляет около 30 минут, таким образом, выдержка в течение двух часов в вакууме, использованная при получении двухфазного кислород-дефицитного образца, оказывается вполне достаточной для установления равновесия между потоками из образца и внутрь. На рисунке 1.5.1 продемонстрирована временная зависимость параметров элементарной ячейки обеих фаз при температуре прогрева на воздухе 350°C.

Рисунок 1.5.1 - Изменения параметров эл. ячейки кислород-дефицитного образца SrCo0,6Fe0,2Nb0,2O3-z в зависимости от времени прогрева на воздухе. Характерное время релаксации ~ 15 мин.

На рисунке 1.5.2 показаны дифракционные картины профиля линии 200 в зависимости от температуры прогрева T400°C (длина волны излучения =1.53951 ). Замечателен факт, что при изменении температуры прогрева не изменяются относительные интенсивности рефлексов, относящихся к разным фазам, а наблюдается лишь смещение рефлекса второй фазы в область больших углов. Поэтому внедрение кислорода в структуру не ведёт к изменению соотношения содержания обеих фаз в образце, а только оказывает влияние на кислородную стехиометрию второй фазы. Однако после прогрева на воздухе при температуре 400°C наблюдается лишь рефлекс, относящийся к первой фазе. Это позволяет сделать предположение о том, что температура 400°C является характерной температурой структурного перехода между двумя фазами, поскольку именно при этой температуре была обнаружена примесь второй фазы при прогреве образцов в вакууме. Таким образом, судя по всему, именно вторая фаза обеспечивает кислородный транспорт в рассматриваемых соединениях, что отличается от общепринятого предположения, что кислородная проводимость осуществляется в однофазной разупорядоченной структуре перовскита.

Рисунок 1.5.2 - Дифракционные картины профиля линии 200 кислород-дефицитного образца SrCo0,6Fe0,2Nb0,2O3-z, при различных температурах прогрева на воздухе.

Результаты работ представлены на конференциях:

1. Иванов М.Г., Шмаков А.Н., Цыбуля С.В., Подъячева О.Ю. Корреляция между кислородной проницаемостью и фазовой стабильностью оксида со структурой перовскита. Тезисы 2-й Всероссийской Школы-конференции молодых учёных "Функциональные наноматериалы в катализе и энергетике", 13-18 июля 2009г., Туристичесая база "Чусовая", Свердловская область. Стр.. 54-55.

2. M.G. Ivanov, A.N. Shmakov, S.V. Tsybulya, O.Yu. Podyacheva.. PHASE SPLITTING WITH TEMPERATURE IN PEROVSKITE-TYPE STRONTIUM COBALTITE DOPED WITH FE AND NB. Fundamental Bases of Mechanochemistry (FBMT-2009), Novosibirsk, 26-29 May 2009..

3. Иванов М.Г., Шмаков А.Н., Подъячева О.Ю. Использование синхротронного излучения для исследования кислородпроницаемых мембран. 1-я Всерросийская конференция "Методы исследования состава и структуры функциональных материалов", МИССФМ-2009.

Новосибирск, 11-16 октября 2009г. Стр. 98.

4. M.G. Ivanov, A.N. Shmakov, O.Yu. Podyacheva. Correlation between the oxygen permeability and a structural rearrangement in perovskite-like oxide. XXI Conference on Applied Crystallography, Zakopane, Poland, 20-24 of September 2009.

В проводимых исследованиях участвовал аспирант Института катализа им.Г.К.Борескова СО РАН Иванов Максим Григорьевич.

1.6 Создание фундаментальных основ воздействия активаций на регулирование процессов взаимодействия твердых металлов и их соединений с металлическими расплавами с целью создания функциональных материалов с заданной структурой и свойствами Станция: № 4, ВЭПП-3, Дифрактометрия с энергией квантов 33 кэВ Участвующие ИХТТМ СО РАН, ИЯФ СО РАН организации:

Затраченное пучковое 240 часов время:

Работа проводилась в Интеграционный проект СО РАН № рамках программ:

Цель работы: Исследование химических фазовых превращений происходящих с твердыми металлами и их соединениями при их взаимодействии с металлическими расплавами методом рентгеноструктурного анализа с использованием синхротронного излучения.

Актуальность: Известно, что взаимодействие твёрдых металлов с металлическими расплавами имеет место в различных сферах практической жизни. Несмотря на важность проблемы и распространение таких процессов, до сих пор не выработана единая точка зрения на их механизм.

Ещё менее изучен процесс взаимодействия активированной твердой фазы с жидкой, в которой твёрдая фаза находится в активированном состоянии или твёрдый металл взаимодействует с жидкой фазой в условиях активации, например, механической или электроразрядной. Если для равновесных систем температурную активацию можно считать изученной, то для активированных твердых тел влияние температуры на их взаимодействие с расплавами исследовано существенно меньше, и практически не изучалось влияние температуры на взаимодействие твердой фазы с жидкой в условиях активации. Очевидно, что главной задачей является изучение процессов, происходящих на границе раздела твёрдой и жидкой фаз, т.е. изучение влияния размерных и других характеристик граничных и приграничных областей активированных металлов и их соединений на процессы смачивания и растекания. Весьма усложняет ситуацию наличие химического взаимодействия между активированными твёрдыми и жидкими компонентами. В многокомпонентных системах, когда взаимодействуют твёрдые сплавы с жидкими металлами, а тем более с многокомпонентными расплавами, ситуация становится ещё сложнее, и результат становится ещё менее прогнозируемым, поскольку в таких случаях мы имеем дело с несколькими конкурирующими реакциями. При этом кристаллы первичного интерметаллического соединения оказывают влияние на формирование последующих фаз: возможно прорастание одной фазы в другую или формирование второй фазы на поверхности первой, и т.д. Все эти особенности будут влиять на функциональные характеристики конечного продукта. В научной литературе эти проблемы рассматриваются очень мало.

Анализ новизны: Полученные данные являются новыми и оригинальными.

Научно-технический уровень результата: Высокий, соответствует мировому уровню.

Области применения: Разработка и создание композиционных материалов с заданными свойствами.

Механокомпозиты и продукты взаимодействия металлов и механокомпозитов с жидким галлием были получены в высокоэнергетической шаровой планетарной мельнице АГО-2 с водяным охлаждением в атмосфере аргона. Объём барабана 250 см3, диаметр шаров 5 мм, загрузка 200 г, навеска обрабатываемого образца 10 г, скорость вращения барабанов вокруг общей оси ~1000 об/мин. Для исследования процессов взаимодействия в ходе механической активации готовились образцы с временем мехактивации 40 сек., 2 мин., 4 мин., 8 мин., 12 мин. и 20 мин.

Галлий брался в атомной концентрации 1:4 по отношении к основному металлу.

Дифракционные исследования проводились на экспериментальной станции 4-го канала синхротронного излучения накопителя ВЭПП-3. Для проведения исследований использовался двухкоординатный детектор на основе запоминающего экрана MAR345. Диаметр чувствительной области 345 мм, пространственное разрешение 100 мкм. На рисунках 1.6.1 – 1.6.4 представлены результаты дифракционных исследований.

Рисунок 1.6.1 - Дифрактограммы от продуктов механохимического взаимодействия никеля и галлия, в течение 40 сек. и 8 мин.

Как видно из дифрактограмм при механохимическом взаимодействии вначале образуются интерметаллиды никеля или железа с галлием с максимальной концентрацией легкоплавкого компонента, что является общим для обеих систем. Дальнейшая мехактивация системы никель галлий приводит к образованию твердого раствора галлия в никеле. В системе железо-галлий образования твердых растворов не происходит, о чем свидетельствует неизменность положения дифракционных пиков железа. Через 20 мин. мехактивации наблюдаются пики от интерметаллида FeGa3.

Рисунок 1.6.2 - Дифрактограммы от продуктов механохимического взаимодействия никеля и галлия, в течение 12 мин. и 20 мин. Вверху диаграмма состояния системы Ni-Ga.

Рисунок 1.6.3 - Дифрактограммы от продуктов механохимического взаимодействия железа и галлия, в течение 40 сек. и 8 мин. Вверху диаграмма состояния системы Fe-Ga.

В продукте взаимодействия механокомпозита FeSn2 +железо с жидким галлием обнаруживаются железо и интерметаллиды FeSn2 и FeGa3. Механокомпозит на основе никеля и олова состоит из никеля и Ni3Sn4, NiSn. В процессе мехактивации сначала образуется интерметаллид NiGa4, затем рефлексы от интерметаллида исчезают и конечный продукт представляет собой механокомпозит из твердого раствора галлия в никеле и олове.

Рисунок 1.6.4 - Дифрактограммы от продуктов механохимического взаимодействия железа и галлия, в течение 12 мин. и 20 мин.

Показано, что мехактивация смеси никеля и жидкого галлия приводит к образованию твердого раствора галлия в никеле, как и при мехактивации меди и жидкого галлия. При мехактивации смеси железа и жидкого галлия процесс взаимодействия идет до образования механокомпозита железа с интерметаллидом FeGa3.

Результаты работ опубликованы в следующих изданиях:

1. Григорьева Т.Ф., Анчаров А.И., Баринова А.П., Цыбуля С.В., Ляхов Н.З. Структурные превращения при механохимическом взаимодействии твердых металлов с жидкими. Физика металлов и металловедение, 2009,том 107, №5, с. 490-499.

2. T.F.Grigorieva, A.A.Novakova, A.I.Ancharov, et., al., Mechanochemical production of nanocomposites of metal/oxide and intermetallic/oxides system. J.Phys.: Conf.Ser.2009, vol.144, 012076 (4pp).

3. Анчаров А.И., Каминский Ю.Д., Баринова А.П., Григорьева Т.Ф., Sepelak V., Becker K.D., Ляхов Н.З. Изучение температурных фазовых превращений в металлических цементах Cu-Sn In-Ga. Фазовые переходы, упорядоченные состояния и новые материалы. 2009, №8, 4 с.

4. T. F. Grigor’eva, A. I. Ancharov, A. P. Barinova, S. V. Tsybulya and N. Z. Lyakhov. Structural transformations in mechanochemical synthesis of solid solutions in the Cu-Ga system.

5. Russian Journal of Applied Chemistry, Volume 82, Number 5 / Май 2009 г.

1.7 Метаматериалы на основе прецизионных микро- и нанооболочек для терагерцового и инфракрасного диапазонов Станция: Метрологическая станция ЛСЭ Участвующие Институт полупроводников им. А.В.Ржанова СО РАН, организации:

Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН, Институт неорганической химии им. А.В.Николаева СО РАН Затраченное пучковое 130 часов время:

Работа проводилась в Междисциплинарный проект СО РАН № рамках программ:

Количественные Исследовано около 20 образцов трех различных топологий показатели:

Цель работы: Создание и исследование метаматериалов терагерцового и инфракрасного диапазона.

Актуальность: Метаматериалы позволяют как минимум существенно расширить диапазон оптических задач. В ряде применений их специфические свойства позволяют надеяться на реализацию совершенно новых эффектов.

Анализ новизны: Исследования аналогичных трехмерных структур в терагерцовом и инфракрасном диапазонах в мире не проводились.

Научно-технический уровень результата: Высокий, соответствует мировому уровню.

Области применения: Системы управления, диагностики и обнаружения излучения терагерцового и инфракрасного диапазона.

Получен поворот плоскости поляризации одним слоем 14 мкм оптически активной периодической структуры достаточно большого размера (~ 12 см) на основе микроспиралей до 17 градусов. Исследованы спектры пропускания, отражения и поглощения таких структур на волнах линейной и двух круговых поляризаций как на фурье-спектрометре, так и на лазере на свободных электронах. Найдены частоты вблизи резонанса, на которых такая структура приобретает свойства метаматериала с отрицательным показателем преломления N. Измеренная в прямых экспериментах величина N достигала величины -0.11.

Результаты работ опубликованы в следующих изданиях:

1. E V Naumova, V Ya Prinz, S V Golod, V A Seleznev, R A Soots and V V Kubarev, Manufacturing chiral electromagnetic metamaterials by directional rolling of strained heterofilms, J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 11 074010 (5pp) Volume 11, Number 7, July 2009.

2. Е.В. Наумова, В.Я. Принц, С.В. Голод, В.А. Селезнев, В.А. Сейфи, А.Ф. Булдыгин, В.В.

Кубарев, Киральные метаматериалы терагерцового диапазона на основе спиралей из металл полупроводниковых нанопленок, Автометрия, т.45, №4, стр 12-22.

Результаты работ также представлены на следующих конференциях:

1. Е.В.Наумова, В.Я, Принц, С.В,Голод, В.А. Селезнев, В.А. Сейфи, В.В.Кубарев, Киральные метаматериалы на основе прецизионных металл-полупроводниковых спиралей, Тезисы докладов конференции "Полупроводники 2009", Новосибирск-Томск, 28 сент - 3 окт. 2009 г, cтр. 290.

2. V.V. Kubarev, V.Ya. Prinz, E.V. Naumova, S.V. Golod, Terahertz optical activity and metamaterial properties of 2D array of metal-semiconductor microhelices, Proc. 34 International Conferenct on Infrared, Millimeter and Terahertz Wave IRMMW-THz 2009, Busan, Korea, September 21-25, 2009, paper 09030525.pdf.


3. R.R. Akberdin, E. N. Chesnokov, M.A. Dem’yanenko, D.G. Esaev, T.N. Goryachevskaya, A.E.

Klimov, B.A. Knyazev, E. I. Kolobanov, A. S. Kozlov, V.V.Kubarev, G. N. Kulipanov, S.A.

Kuznetsov, A. N. Matveenko, L. E. Medvedev, E.V. Naumova, A.V. Okotrub, V. K. Ovchar,, K.S.

Palagin, N.S. Paschin, S.G. Peltek, A. K. Petrov, V.Ya. Prinz, V.M. Popik, T.V. Salikova, S.S.

Serednyakov, A.N. Skrinsky, O.A. Shevchenko, M.A. Scheglov, N.A. Vinokurov, M.G. Vlasenko, V.V. Yakovlev, N.S. Zaigraeva, High Power THz Applications on the NovoFEL, Proc. International Conferenct on Infrared, Millimeter and Terahertz Wave IRMMW-THz 2009, Busan, Korea, September 21-25, 2009, paper 09030521.pdf.

1.8 Применение терагерцового излучения ЛСЭ в исследовании физико-химических и биологических свойств нанообъектов различной природы Станция: Станция исследования химико-физических и биологических свойств продуктов воздействия терагерцового излучения на вещества и материалы Участвующие Институт ядерной физики СО РАН, г. Новосибирск;

организации: Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск;

Институт химической кинетики и горения СО РАН, г. Новосибирск;

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, г. Новосибирск;

Лимнологический институт СО РАН, г. Иркутск Затраченное пучковое 45 часов время:

Работа проводилась в Интеграционный проект СО РАН № рамках программ:

Цель работы: Цель работы состоит в создании фундаментальных основ применения терагерцового излучения для изучения физико-химических и биологических свойств биомакромолекул, а также активации клеточных процессов.

Актуальность: Под терагерцовой областью обычно принимается область от 100 микрон до миллиметра длины волны излучения. Существует множество процессов в терагерцовом диапазоне спектра, которые не были изучены из-за недоступности источников терагерцового излучения.

Новейшие разработки привели к созданию принципиально новых источников в терагерцовом диапазоне, и все возможности этой техники только начинают развиваться. Методы, некогда ограниченные УФ, видимым и ИК-диапазонами, теперь могут быть применены и в новом диапазоне.

В последние десять лет научным сообществом эта область спектра начала бурно осваиваться из-за развития новых источников излучения [Nishizawa J.-I. et al., Recent advance in terahertz wave and material basis. Russian Physics Journal, Vol. 46, No. 6, 2003]. Проводятся ежегодные конференции "The International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves (IRMMW-THz)", посвященные применению ИК, миллиметрового и терагерцового излучения в физике космоса, биологии и медицине, и собирающая более 2000 участников. Выпускается специализированный журнал "International Journal of Infrared and Millimeter Waves".

Разрабатываются как новые источники, так и новые методы детекции терагерцового излучения, а также принципиально новые методы научных исследований с применением терагерцового излучения.

Анализ новизны: В России такие эксперименты проводятся впервые.

Области применения, перспективы реализации, научно-технический уровень: Разработка научных основ воздействия терагерцового излучения на биологические объекты. Высокий, мировой, уровень исследования.

Для доказательства неразрушающего характера десорбции белков под действием терагерцового излучения был проведен масс-спектрометрический анализ белков методом MALDI до и после абляции. В качестве модельных объектов были выбраны коммерчески доступные белковые препараты: пероксидазы хрена, лизоцима и бычьего сывороточного альбумина.

Помимо измерения размеров, образующиеся в результате абляции аэрозольные частицы с помощью транспортерного газа переводились на специальный фильтр для сбора аэрозольных частиц (ПТФЕ мембрана МФФК-0, диаметр пор 0.05 мкм, производства ООО «Технофильтр»).

В случае с пероксидазой хрена сохранение ферментативной активности аблированного препарата проверяли непосредственно на фильтре с использованием гистохимического способа, разработанного фирмой Bio-Rad (рисунок 1.8.1). Гистохимическое окрашивание показало наличие на фильтре пероксидазной активности.

Рисунок 1.8.1 - Гистохимическая окраска пероксидазы хрена на фильтре.

После этого, собранные на фильтр препараты элюировали 20 мкл 0,02М трис глициновым буфером, наносили в стартовые карманы 10%-го полиакриламидного геля и разделяли при напряженности поля 20 В/см. После окончания сеанса электрофореза, гели окрашивали гистохимически по методике, развитой фирмой BioRad. Результаты разделения представлены на рисунке 1.8.2 (А). Из рисунка 1.8.2 (А) видно, что большая часть ферментативной активности аблированного фермента связана с высокомолекулярной фракцией препарата, идентичной по электрофоретической подвижности контрольному образцу. Там же (Б) представлена электрофореграмма аблированного препарата лизоцима в сравнении с подвижностью эталонного образца, содержащегося в составе маркеров молекулярного веса, предлагаемого фирмой BioRad. Разделение проводили по методу Laemly в 10% полиакриламидном геле, содержащим 0,01% додецила сульфата натрия, при напряженности поля 20 В/см. Гели окрашивали красителем Flamingo по методике, развитой фирмой BioRad.

А Б Рисунок 1.8.2 - А) Электрофореграмма контрольного (1,2) и аблированного (3) образцов пероксидазы хрена. Б) Электрофореграмма образцов лизоцима: (1) маркер молекулярного веса, (2) аблированный препарат.

Для окончательного доказательства неразрушающего характера метода мягкой абляции белков была применена масс-спектрометрическая методика MALDI-TOF с использованием масс спектрометра UltraFlex III (Bruker). В разных экспериментах получали спектры молекулярных ионов, как целых препаратов белков, так и их триптических гидролизатов. На рисунке 1.8. представлены масс-спектры одного и того же препарата пероксидазы хрена до и после абляции. Из рисунка видна практически полная идентичность спектров молекулярных ионов образца до и после абляции.

Рисунок 1.8.3 - Масс-спектры препарата пероксидазы хрена до и после десорбции под действием терагерцового излучения.

Таким образом, получены надежные доказательства неразрушающего характера мягкой абляции белков под действием терагерцового излучения.

Проведена разработка модельных полимерных объектов и протоколов создания препаратов биомолекул для изучения изменения конформации и\или степени гидратации в аэрозольном состоянии (рисунок 1.8.4).

А Б Т4 ДНК-лигаза........ ) Т4 ДНК-лигаза....

....

( n n- регулярная линейная ДНК-конструкция комплементарные deg последовательности циклическая ДНК-конструкция с заданной геометрией Рисунок 1.8.4 - Схема конструирования ДНК-наноассоциатов и их изображения, полученные методом атомно-силовой микроскопии.. В качестве строительных блоков использовали нативные (А) и модифицированные (Б) ДНК-дуплексы.

Доказан неразрушающий характер мягкой абляции под действием терагерцового излучения на примере трех белков. Проведена разработка модельных полимерных объектов и протоколов создания препаратов биомолекул для изучения изменения конформации и\или степени гидратации в аэрозольном состоянии.

Результаты работ опубликованы в следующих изданиях:

1. Н.С. Филиппов, А.А. Ломзов, Д.В. Пышный. Термодинамическое описание самоассоциации Олигонуклеотидов в конкатамерные структуры // Биофизика. 2009. Т. 54. №. с. 402-417.

1. О.А. Виноградова, Е.В. Еремеева, А.А. Ломзов, И.А. Пышная, Д.В. Пышный Конструирование изогнутых дцДНК с заданными геометрическими характеристиками на основе комплексов мостиковых олигонуклеотидов // Биоорган. химия. 2009. Т. 35. № 3. С. 384-396.

2. И.А. Пышная, О.А. Виноградова, М.Р. Кабилов, Е.М. Иванова, Д.В. Пышный. Мостиковые олигонуклеотиды – молекулярные зонды для исследования фермент-субстратного взаимодействия и аллель-специфичного анализа ДНК // Биохимия. 2009. Т. 74. № 9. С. 1238 1251.

3. М.С. Вагин, А.С. Уницын, А.К. Петров, А.С. Козлов, С.Б.Малышкин, В.М.Попик, Т.Н.

Горячковская, С.Е. Пельтек, Исследование возможности определения масс биологических нанообъектов методом терагерцовой лазерной абляции // Вестник НГУ. Серия: Физика.

2009. Т. 4, - вып. 3. С. 74 77.

Результаты работ также представлены на следующих конференциях:

1. Зенкова М.А., Черноловская Е.Л., Пышный Д.В., Власов В.В. Самособирающиеся супрамолекулярные комплексы нуклеиновых кислот для трансфекции эукариотических клеток. // Фундаментальные проблемы бионанотехнологии, 9-14 июня 2009, Новосибирск. – С.

23.

2. Ефремов А.Н., Рогоза А.В., Пышный Д.В., Сериков Р.Н., Зенкова М.А.. Власов В.В. Линейные полиэтиленимины как эффективные доставщики нуклеиновых кислот в эукариотические клетки // Фундаментальные проблемы бионанотехнологии. – 9-14 июня 2009, Новосибирск. – С.76.

3. Сериков Р..Н., Рапопорт Д.А., Медведева Д.А., Маслов М.А., Серебренникова Г.А., Щеглов Д.В., Латышев А.В.. Зенкова М.А. Исследование свойств ряда катионных липидов, способных доставлять нуклеиновые кислоты в клетки млекопитающих. Химическая биология // Фундаментальные проблемы бионанотехнологии. – 9-14 июня 2009, Новосибирск. – С. 93.

4. Ефремов А..Н. Линейные полиэтиленимины как эффективные доставщики нуклеиновых кислот в эукариотические клетки // XLVII Международная научная конференция «Студент и научно-технический прогресс», 11-15 апреля, 2009, Новосибирск.

5. Д.В. Пышный. Напрвленная самоорганизация составных олигонуклеотидных конструкций.

Научная конференция, посвященная 25-летнему юбилею Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН "Химическая биология – Фундаментальные проблемы бионанотехнологии" 10 - 14 июня 2009. г. Новосибирск. С. 48.

6. О.А. Виноградова, А.А. Ломзов, Н.С. Филиппов, Д.В. Пышный. Направленная самосборка наноассоциатов на основе нуклеиновых кислот. Научная конференция, посвященная 25 летнему юбилею Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН "Химическая биология – Фундаментальные проблемы бионанотехнологии" 10 - 14 июня 2009.


г. Новосибирск. С. 71.

7. O.A. Vinogradova, A.A. Lomzov, N.S. Filippov, D.V.Pyshnyi. New technique for designing DNA nanostructures on basis of modified DNA-concatamers. International Symposium on “Advances in Synthetic and Medicinal Chemistry”. 23-27 august, 2009, Kiev, Ukraine.

8. О.А. Виноградова, А.А. Ломзов, Н.С. Филиппов, Д.В. Пышный. Модифицированные ДНК комплексы как строительные блоки бионаноконструктора. Второй международный форум по нанотехнологиям. Международный конкурс научных работ молодых ученых в области нанотехнологии. 6-8 октября 2009. Москва.

9. М.С. Вагин, А.С. Уницын, А.К. Петров, А.С. Козлов, С.Б.Малышкин, В.М.Попик, Т.Н.

Горячковская, С.Е. Пельтек, Исследование возможности определения масс биологических нанообъектов методом терагерцовой лазерной абляции // Вестник НГУ. Серия: Физика.

2009. Т. 4, - вып. 3. С. 74 77.

10. Peltek S.E., Goryachkovskaya T.N., Kozlov, A. S., Petrov A.K., Scheglov M.A., Mordvinov V.A., Popik V.M. (invited lecture) FEL radiation use for large biomolecules ablation. Proceedings of Topical problems of biophotonics, 2009, p 11. Knyazev B.A., Gennady N. Kulipanov, N.A. Vinokurov, A.L. Aseev, V.S. Cherkassky, E.N.

Chesnokov, Yu.V. Chugui, M.A. Dem yanenko, D.G. Esaev, V.M. Fomin, N.G. Gavrilov, V.V.

Gerasimov, S.V. Golod, T.N. Goryachkovskaya, E.I. Kolobanov, A.S. Kozlov, V.V. Kubarev, S.B.

Malyshkin, A.N. Matveenko, L.E. Medvedev, L.A. Merzhievsky, S.V. Miginsky, L.A. Mironenko, E.V. Naumova, V.K. Ovchar, V.N. Ovsyuk, S.E. Peltek, A.K. Petrov, V.M. Popik, V.Ya. Prinz, T.V.

Salikova, M.A. Scheglov, V.A. Seleznev, S.S. Serednyakov, O.A. Shevchenko, A.N. Skrinsky, M.F.

Stupak, M.G. Vlasenko, V.I. Yakovlev, S.A. Zhigach Novosibirsk High-Power Terahertz Free Electron Laser: Instrumentation Development and Experimental Achievements. Proceedings of The 9th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments, 2009, Saint Petersburg, Russia pp XLIV- XLVIII.

В проводимых исследованиях участвовали аспиранты ИЦиГ СО РАН: Мещярикова Ирина Анатольевна, Куклин Андрей Леонидович.

1.9 Разработка фундаментальных основ определения масс биополимеров, недоступных современным методам масс-спектрометрического анализа Станция: Станция исследования химико-физических и биологических свойств продуктов воздействия терагерцового излучения на вещества и материалы Участвующие организации: Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск;

Институт ядерной физики СО РАН, г. Новосибирск;

Международный томографический центр СО РАН, г. Новосибирск Затраченное пучковое 40 часов время:

Работа проводилась в Программа фундаментальных исследований Президиума РАН рамках программ (грантов): № 27 «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов», Проект № 3.6.8.

Количественные Определены геометрические размеры переведенных в газовую показатели: фазу молекул арабиногалактана (20 нм), кольцевой ДНК плазмиды pUC18 (33 нм) и кольцевой ДНК фага (66 нм) и линейных фрагментов его генома (4 361 нп - 18 нм, 9 416 нп – 25 нм и 23 130 нп – 46 нм).

Цель работы: Создание нового метода масс-спектрометрического анализа на основе перевода в газовую фазу биомакромолекул принципиально новым способом с использованием терагерцового излучения. Использование терагерцового излучения с последующей ионизацией для расширения возможностей масс-спектрометрического анализа до анализа водонерастворимых протеинов, полисахаридов и ДНК больших молекулярных масс. Разработка способа получения молекулярных ионов путем ионизации десорбированных молекул. Метод также может быть использован для точного измерения масс нанообъектов.

Актуальность: Постгеномная эра развития современной биологии ставит задачу исследования протеомов отдельных организмов, органов и тканей, что представляет собой на порядки более сложную задачу, по сравнению с изучением геномов. На повестке дня стоит задача подробного изучения протеома человека. Основным методом изучения протеомов является масс спектрометрический анализ. Ключевым моментом масс-спектрометрии биополимеров является получение молекулярных ионов. Мощный толчок применению масс-спектрометрии в биологии и медицине дали методы получения молекулярных ионов, основанные на двух принципах: MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization) и ESI (Electro Spray Ionization). В методе MALDI фотоны лазерного луча ионизуют и испаряют матрицу мишени, на которую нанесен образец, а образующиеся из матрицы ионы, как и в методе химической ионизации, ионизуют молекулы образца, не разрушая их. Авторы этих методов ионизации Джон Фенн и Коичи Танака были удостоены Нобелевской премии в 2002 году. Однако, эти методы применимы только для анализа биополимеров определенной физико-химической природы и не охватывают широкий круг водонерастворимых протеинов, полисахаридов и ДНК больших молекулярных масс.

Предлагаемый подход является принципиально новым методом получения молекулярных ионов и существенно расширяет круг биополимеров, доступных для масс-спектрометрии. Выполнение этого проекта позволит России принять участие в международных программах по протеомике человека.

Анализ новизны: В мире такие эксперименты проводятся впервые.

Области применения, перспективы реализации, научно-технический уровень: Масс спектрометрия недоступных современным методам биополимеров.

На основе анализа баз данных SwissProt и PubChem создана база данных, недоступных для современных методов масс-спектрометрического анализа биополимеров. С помощью разработанных программных средств по оценке растворимости белков в водной среде был проведен анализ базы данных и выбраны плохо растворимые белки и полисахариды – кандидаты для экспериментальных исследований. На основании теоретического анализа коммерчески доступных биополимеров для дальнейших исследований в качестве модельных объектов были выбраны молекулы ДНК и полисахарид арабиногалактан.

Для определения масс нано и биообъектов проведены работы по конструированию специализированной «Станции точного измерения масс нанообъектов и биополимеров».

Определено конкретное место в зале пользовательских станций Сибирского центра фотохимических исследований СО РАН в 11 здании ИЯФ СО РАН. Для ввода терагерцового излучения на рабочую станцию используется стандартный модуль доставки излучения из канала транспортировки. Создан проект ввода терагерцового излучения в ионную ловушку фирмы «Bruker».

Современные методы масс-спектрометрического анализа позволяют детектировать не более половины известных белков и небольшие фрагменты молекул ДНК. Особые трудности возникают при попытках десорбции и получения молекулярных ионов ДНК и полисахаридов.

Несмотря на неоднократные попытки десорбции ДНК с твердых поверхностей, успешным оказалось только использование специальных матриц (технология MALDI). Перевод в газовую фазу и разработка нового способа получения молекулярных ионов является актуальной задачей.

Переведены в газовую фазу ДНК больших молекулярных масс (геном фага и его фрагменты, ДНК плазмиды pUC18). Проведено секвенирование плазмиды после абляции. Показано стопроцентное совпадение последовательностей исходной и аблированной плазмид. Методом мягкой нерапзрушающей абляции проведен перевод в газовую фазу молекул арабиногалактана.

Определены геометрические размеры переведенных в газовую фазу молекул арабиногалактана (20 нм), кольцевой ДНК плазмиды pUC18 (33 нм) и кольцевой ДНК фага ( нм) и линейных фрагментов его генома (4 361 нп - 18 нм, 9 416 нп – 25 нм и 23 130 нп – 46 нм).

Переведены в газовую фазу наночастицы различной природы: фуллереноподобные структуры молибдена, наночастицы двуокиси кремния, наноалмазы и биополимеры в виде наночастиц. Показано, что зависимость геометрического размера фрагментов ДНК носит линейный характер. Определен дисперсионный состав образцов нанопорошка двуокиси кремния и наноалмазов. Показаны преимущества измерения размеров нанообъектов методом мягкой неразрушающей абляции под действием терагероцового излучения.

Результаты работ опубликованы в Трудах:

Peltek S.E., Goryachkovskaya T.N., Kozlov, A. S., Petrov A.K., Scheglov M.A., Mordvinov V.A., Popik V.M. (invited lecture) FEL radiation use for large biomolecules ablation. Proceedings of Topical problems of biophotonics, 2009, p 304.

Результаты работ также представлены на конференции:

Knyazev B.A., Gennady N. Kulipanov, N.A. Vinokurov, A.L. Aseev, V.S. Cherkassky, E.N. Chesnokov, Yu.V. Chugui, M.A. Demyanenko, D.G. Esaev, V.M. Fomin, N.G. Gavrilov, V.V. Gerasimov, S.V.

Golod, T.N. Goryachkovskaya, E.I. Kolobanov, A.S. Kozlov, V.V. Kubarev, S.B. Malyshkin, A.N.

Matveenko, L.E. Medvedev, L.A. Merzhievsky, S.V. Miginsky, L.A. Mironenko, E.V. Naumova, V.K.

Ovchar, V.N. Ovsyuk, S.E. Peltek, A.K. Petrov, V.M. Popik, V.Ya. Prinz, T.V. Salikova, M.A. Scheglov, V.A. Seleznev, S.S. Serednyakov, O.A. Shevchenko, A.N. Skrinsky, M.F. Stupak, M.G. Vlasenko, V.I.

Yakovlev, S.A. Zhigach Novosibirsk High-Power Terahertz Free Electron Laser: Instrumentation Development and Experimental Achievements. Proceedings of The 9th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments, 2009, Saint-Petersburg, Russia pp XLIV- XLVIII.

В проводимых исследованиях участвовали аспиранты ИЦиГ СО РАН: Мещярикова Ирина Анатольевна, Куклин Андрей Леонидович.

1.10 Изучение фундаментальных основ селективного воздействия терагерцового излучения на пространственную организацию биологических объектов Станция: Станция исследования химико-физических и биологических свойств продуктов воздействия терагерцового излучения на вещества и материалы Участвующие организации: Институт цитологии и генетики СО РАН, г. Новосибирск Затраченное пучковое 35 часов время:

Работа проводилась в Проект РФФИ № 09-02- рамках программ (грантов):

Количественные Изучено воздействие терагерцового излучения на протеом клеток показатели: E.coli и ответ специально подобранных геносенсорных конструкций на облучение терагерцовым излучением.

Цель работы: Проект базируется на использовании уникального, не имеющего аналогов в мире Новосибирского лазера на свободных электронах (ЛСЭ), генерирующего терагерцовое излучение в широких пределах длин волн (от 50 до 240 микрон) со средней мощностью до 400 Вт. В проекте разрабатываются принципиально новые методологические подходы для изучения процессов селективного воздействия терагерцового излучения на вторичную структуру генетического материала (ДНК). Использование искусственных генетических конструкций (геносенсоров), чувствительных к разным стрессовым факторам, позволит определить генетические сети и метаболические процессы, задействованные в ответе клетки на терагерцовое излучение.

Селективное воздействие терагерцового излучения на генетический материал позволяет ставить задачу изучения интегрального протеомного ответа клетки на воздействие.

Актуальность: Под терагерцовой областью (ТГц излучения) обычно понимается область от микрон до 1 миллиметра длины волны излучения. Эта область электромагнитного спектра находит все большее применение в современных научных исследованиях и различных областях мировой технологической практики. Воздействие терагерцового излучения на биологические объекты существенно отличается от воздействия коротковолнового излучения в силу малой энергии кванта (~ 0.01 эВ), недостаточной для разрушения ковалентных связей и, следовательно, изменения первичной структуры биообъектов. Терагерцовой области электромагнитного спектра соответствуют энергии колебаний водородных связей, формирующих надмолекулярные структуры биополимеров – вторичную, третичную и четвертичную структуры - и их межмолекулярные взаимодействия. Следовательно, можно ожидать селективного воздействия терагерцового излучения на структуру биополимеров, что может приводить к изменению процессов, протекающих в биообъектах.

Анализ новизны: В России такие эксперименты проводятся впервые.

Области применения, перспективы реализации, научно-технический уровень: Исследование биоопасности воздействия терагерцового излучения на живые объекты.

Основной результат: Изучено изменение профиля экспрессии генов клеток E.coli, происходящее путем активации терагерцовым излучением генных сетей или через изменение химической структуры сигнальных молекул. Протеом, в отличие от генома, не является постоянной характеристикой клетки и специфично реагирует на изменения условий внешней среды. В качестве основного объекта исследования выбраны клетки E.coli – хорошо изученного в генетическом и протемном отношении организма. Существуют многочисленные публикации по изучению протеомного ответа клеток E.coli на различные факторы внешней среды. Анализ протеома E.coli проводился современными методами протеомного анализа, включающие двумерный электрофорез с последующей идентификацией белков методом MALDI-TOF масс спектрометрии. Одной из существенных трудностей при решении этой задачи является невысокая воспроизводимость двумерного электрофореза. Для стандартизации эксперимента использована современная система, развитая фирмой BioRad, позволяющая существенно повысить воспроизводимость двумерных протеомных карт.

Для исследования был выделен клон E.Coli штамма М17. Культуру выращивали в среде LB с перемешиванием при 160 об/мин при 37°С до стационарной фазы роста. 50 мкл культуры помещали в камеру для облучения, представляющую собой цилиндр из прозрачной пленки с высотой боковой стенки 40 мкм и основаниями диаметром 5 см так, чтобы среда образовала тонкий слой. Далее клетки облучали терагерцовым излучением с длинами волн 130 мкм и мкм, при этом температуру в камере поддерживали в пределах 36-38°С путем регулирования средней мощности потока излучения;

температуру отслеживали при помощи инфракрасного тепловизора. Длительность облучения составляла 10 минут, затем культуру собирали из камеры, переносили в термостат на 37°С и выдерживали в течение 20 мин для развития ответа. После чего клетки фиксировали 50% этанолом. Процедуру повторяли с несколькими порциями культуры до конечного объема облученной культуры около 300 мкл для получения необходимого для анализа количества белка. В качестве контроля использовали культуру клеток E.Coli штамма М17, которые фиксировали порциями, соответствующими порциям культуры собранным из камеры, до получения конечного объема 300 мкл. Клетки собирали центрифугированием на центрифуге Eppendorf при 3000 об/мин, промывали низкосолевым буфером в 50% этаноле, затем буфером без этанола и собирали при 7000 об/мин. Клеточный осадок лизировали 130 мкл буфера (7М мочевина, 2М тиомочевина, 4% CHAPS, 65 мМ DTT, 0,4% амфолины рН=3-10) и определяли концентрацию белка по методу Бредфорда. По 50 мкг белка разделяли в двумерном ПААГ-ДСН геле, для первого направления использовали стрипы 18 см, рН=5-8 (Bio-Rad), для второго направления 12% гель. Гели окрашивали серебром и фотографировали на приборе Versadoc (Bio Rad). Снимки гелей анализировали при помощи программы PDQest. Анализ проведен по опытным и 5-и контрольным образцам. На снимках (рисунки 1.10.1 и 1.10.2) стрелками обозначены электрофоретические белковые фракции с достоверными различиями (критерий Стъюдента, 95%) в уровнях экспрессии в два раза. На данном этапе проводится идентификация белков протеома E.coli, отвечающих на воздействие терагерцовым излучением. Идентификация проводится методом MALDI масс-спектрометрии на приборе UltraFlex III (Bruker).

Рисунок 1.10.1 - Электрофоретическое разделение в 12% ПААГ-ДСН белков E. Coli после воздействия терагерцового излучения.

Рисунок 1.10.2 - Электрофоретическое разделение в 12% ПААГ-ДСН белков E. Coli без воздействия терагерцового излучения.

Результаты работ также представлены на конференции:

Пельтек С.Е., Попик В.М., Колчанов Н.А., Кулипанов Г.Н., Петров А.К., Горячковская Т.Н., Козлов А.С., Мордвинов В.А., Банникова С.В., Малуп Т.К., Демидов Е.А., Дужак Т.Г., Щеглов М.А. Терагерцовое излучение: проблемы и перспективы применения в биологии. Тезисы конференции, «Химическая биология – Фундаментальные проблемы бионанотехнологии»

Новосибирск, 10 - 14 июня 2009 г стр. 44В проводимых исследованиях участвовали аспиранты ИЦиГ СО РАН: Мещярикова Ирина Анатольевна, Куклин Андрей Леонидович.

В проводимых исследованиях участвовали аспиранты ИЦиГ СО РАН: Мещярикова Ирина Анатольевна, Куклин Андрей Леонидович.

2 Собственные работы ЦКП, направленные на развитие экспериментальной и методической базы Центра и его инфраструктуры 2.1 Подключение и наладка источников питания элементов дополнительных двух дорожек ускорения-рекуперации 2-й очереди ЛСЭ. Получение режима рекуперации энергии электронного пучка в новых дорожках 2-й очереди ЛСЭ Лазеры на свободных электронах (ЛСЭ) [1 – 4] позволяют получать монохроматическое излучение на любой заданной длине волны. В мире ведутся интенсивные работы по созданию мощных ЛСЭ [5 - 7]. Проблему составляет также относительно широкая линия генерации (обычно порядка 1%). Для создания промышленных фотохимических технологий требуется достичь уровня средней мощности ~ 10 кВт и монохроматичности не хуже нескольких сотых процента. С вышеизложенным связана актуальность данной темы.

В настоящее время в ИЯФ ведется строительство мощного ЛСЭ. В основе своей полномасштабный мощный лазер на свободных электронах будет иметь многодорожечный ускоритель-рекуператор (УР) с максимальной энергией 40 МэВ. Ожидаемый диапазон длин волн излучения полномасштабного ЛСЭ - от 5 до 240 микрон.

Ускоритель-рекуператор (УР) первой очереди ЛСЭ включает в себя полную ВЧ систему (все резонаторы и генераторы) и также инжектор вместе с впускным каналом, но, в отличие от полномасштабного варианта, имеет только одну орбиту. Эта машина запущена в действие в апреле 2003 года. На рисунке 2.1.1 показана схема УР первой очереди, а на рисунке 2.1.2 – его фотография.

3 4 Рисунок 2.1.1 - Схема первой очереди Новосибирского мощного лазера на свободных электронах:

1 – электронная пушка, 2 – ВЧ резонаторы, 3 – поглотитель, 4 и 5 – зеркала оптического резонатора, 6 – ондуляторы.

Пучок электронов из инжектора с энергией 2 МэВ в основной ускоряющей структуре набирает энергию 12 МэВ и попадает в ондулятор, где отдает часть своей энергии в излучение.

После этого пучок, возвращаясь в основную ускоряющую структуру в замедляющей фазе, теряет энергию практически до энергии инжекции и сбрасывается в поглотитель. Основные параметры УР и собственно ЛСЭ представлены в таблицах 2.1.1 и 2.1.2.

Таблица 2.1.1. Параметры ускорителя ЛСЭ первой очереди.

Длина волны ВЧ, м 1. Количество ВЧ резонаторов Амплитуда ускоряющего напряжения на одном 0. резонаторе, МВ Энергия инжекции, МэВ Максимальная энергия электронов, МэВ Частота следования сгустков, МГц 2.8 – 11. Средний ток, мА 2 – Нормализованный эмиттанс пучка, мммрад Энергетический разброс в ЛСЭ, % Длина электронного сгуска в ЛСЭ, нс 0. Пиковый ток в ЛСЭ, А Таблица 2.1.2. Параметры ЛСЭ первой очереди.

Ондулятор:

Длина, м Период, мм Количество периодов Параметр ондуляторности 0– Резонатор:

Длина, м 26. Радиус кривизны зеркал, м Диаметр выходного отверстия, мм Излучение:

Длина волны, мм 0.12 – 0. Длительность импульса, пс Частота следования импульсов, МГц 2.8 - 11. Средняя мощность, Вт до 3·10- Минимальная относительная ширина линии В магнитной системе ЛСЭ первой очереди использованы два одинаковых ондулятора, включенных последовательно, и магнит-трехполюсник для подстройки фазы. Максимальная мощность ЛСЭ достигается при среднем токе до 20 мА, что соответствует частоте следования электронных сгустков 11.2 МГц. Такой режим работы ЛСЭ соответствует двум световым сгусткам в оптическом резонаторе.

Рисунок 2.1.2 - Фотография первой очереди ЛСЭ.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.