Реферат на тему Применение электронной микроскопии при изучении надмолекулярной структуры полимеров

Содержание:

Введение 2
Глава 1 Общая характеристика видов и возможностей электронной микроскопии при изучении надмолекулярной структуры полимеров 8
1.1 Современные методы и задачи изучения надмолекулярной структуры полимеров 8
1.2 Целесообразность применения электронной микроскопии 11
2 Оценка назначения различных видов электронной микроскопии при изучении надмолекулярной структуры полимеров 13
2.1 Опытные разработки 13
2.2 Перспективные направления 25
Заключение 27
Список литературы 28

Введение:

Введение 
Актуальность тематики. Интенсивное развитие современных направлений полимерной и коллоидной химии, обеспечивающих нужды биотехнологии и медицины, базируется на целенаправленном синтезе и использовании функциональных полимеров контролируемого строения и свойств, и стабильных коллоидных систем из них. Функциональные, в частности, поверхностно-активные полимеры, которые образуют самоорганизующиеся структуры (мицеллы, везикулы, наноразмерные и коллоидные частицы) в растворах, на поверхностях и на границе раздела фаз, является удобным инструментом для создания и целевой функционализации различных органических и неорганических материалов с широким спектром свойств для их применения в высокотехнологичных отраслях науки и промышленности, определяющих технический уровень промышленно развитых стран. Это — функциональные бактерицидные и противогрибковых покрытия и пленочные материалы, компоненты систем целевой доставки лекарств и нуклеиновых кислот, ферментов, функциональных реагентов для медицинской диагностики, регистрации и идентификации патологических, в том числе, опухолевых клеток, маркеры для распознавания микроорганизмов, включая патогенные бактерии, и вирусов, а также реагенты для иммунизации и создания вакцин.
Создание оптимального материала требует усиления или подавления каких-либо свойств в уже имеющемся материале, и невозможно без привлечения современных экспериментальных и теоретических подходов.Кроме основных конструктивных функций, необходимо создавать новые полимерные материалы, с учетом обеспечения многочисленных требований — в том числе по старению, климатической стойкости, экологической безопасности и др. свойствам, требующим применения современных методов контроля.
Поэтому модификация промышленных, и создание новых синтетических, природных или гибридных функциональных полимерных материалов, является предметом повышенного интереса как исследователей, так и производителей различных отраслей науки и промышленности, прежде всего, полимерной, коллоидной и фармацевтической химии, химии катализа, в том числе, ферментативного, а также физики, медицины, ветеринарии, биотехнологии. Усилия многих передовых лабораторий мира и научных программ, выполняемых в Европе, США и других развитых странах, сосредоточены на создании и исследовании новых классов поверхностно-активных веществ, прежде всего, функциональных полимеров.
Эти исследования включают как разработку новых прогнозируемых, так и совершенствования известных методов синтеза полимеров с контролируемыми природой и строением, молекулярно-массовыми характеристиками, функциональностью, коллоидно-химическими свойствами и образуемых ими супрамолекулярных структур заданных размеров и морфологии в средах различной полярности.
Полимеры нашли важное применение в создании систем целевой доставки лекарственных средств, в том числе, нерастворимых в воде, которые чувствительны к рН и температурам внешней среды, обеспечивают снижение токсичности, защиту от повреждения при транспортировке и пролонгации их действия, преодоление приобретенной резистентности клеток к действию лекарств. Общий объем выпуска систем доставки лекарств в 2016 году вырос на $ 20 млрд. по сравнению с 2012 г., и предполагается, что к 2021 г. этот объем увеличится в 6 раз по сравнению с 2016. Использование лекарственных средств в системах доставки на основе синтетических и гибридных полимеров на этот период будет составлять более 40% от общего количества фармпрепаратов. Наиболее известными производителями полимеров для систем доставки являются такие фирмы, как Merck, Aldrich, Pfizer, Evonik, что сопровождается и разработкой соответствующей аппаратуры для контроля и управления процессами. Значительный прогресс достигнут в разработке и исследовании перспективных методов применения поверхностно-активных полимеров и образуемых ими нано- и микроразмерных супрамолекулярных полиэлектролитных комплексов, для связывания с различными механизмами лекарств, полинуклеотидов, протеинов, ДНК и РНК и других биополимеров и их целевой доставки в клетки и органов. Контролируемый синтез и исследование функциональных поверхностно-активных полимеров, совершенствования и предоставления новых специальных свойств целевым продуктам на их основе расширяет диапазон их использования в промышленности, приводит лучшее понимание физической природы самоорганизации в растворах, обеспечивает возможности управления размером и строением создаваемых супрамолекулярных структур, мицелл и полиэлектролитных комплексов.

Заключение:

Метод электронной микроскопии широко применяется при исследовании надмолекулярных структур, но не лишен некоторых недостатков.
К ним следует отнести высокую стоимость электронных микроскопов, представляющих собою весьма сложные приборы, которые к тому же требуют ряда дополнительных приспособлений, и потому ведется поиск новых методик комбинированных типов.
В последующих исследованиях обозначены перспективными такие направления, которые рассматривают сложные мицеллярные организации, включающие заряженные макромолекулы (например, ДНК), низкомолекулярные амфолиты и сильные белковые ассоциации. Полученные структуры имеют отношение к различным функциональным биологическим системам и синтетическим аналогам. Анализируется вклад электростатического и гидрофобного взаимодействия в стабильность белков и других надмолекулярных структур.
Эксперименты по измерению одиночной молекулярной проводимости воды при комнатной температуре, позволили охарактеризовать структуру молекул воды с помощью электронной и инфракрасной спектроскопии и позволили выявить два различных состояния воды, соответствующих параллельной и перпендикулярной ориентации молекул, что открывает новые горизонты в исследованиях надмолекулярных свойств по типу полимерных связей в живой природе и технических средах. Новые направления исследований направлены на выявление природных закономерностей, для поддержания соответствующего транспорта электронов через молекулы воды, и помогут пролить свет на болезни, связанные с процессами окислительного повреждения.

Фрагмент текста работы:

Глава 1 Общая характеристика видов и возможностей электронной микроскопии при изучении надмолекулярной структуры полимеров
1.1 Современные методы и задачи изучения надмолекулярной структуры полимеров
Контролируемый синтез и исследование функциональных поверхностно-активных полимеров, совершенствования и предоставления новых специальных свойств целевым продуктам на их основе расширяет диапазон их использования в промышленности, приводит лучшее понимание физической природы самоорганизации в растворах, обеспечивает возможности управления размером и строением создаваемых супрамолекулярных структур, мицелл и полиэлектролитных комплексов. Среди таких полимеров особый интерес представляют синтетические или гибридные природно-синтетические сополимеры блочной, гребнеобразное и разветвленной строения, содержащие фрагменты, блоки и / или боковые цепи различной длины, природы и функциональности.
Наиболее распространенными и важными направлениями их использования, в качестве эффективных носителей адресной доставки лекарств и нуклеиновых кислот в орган-мишень, является медицина и биотехнология.
Это обусловливает их взаимодействие в растворе с образованием надмолекулярных структур разной степени самоорганизации
Физико-химические свойства гребнеобразных и блок сополимеров определяются свойствами гомополимерных компонентов, но и отличаются от них. Основной характеристикой амфифильных сополимеров является их способность к внутримолекулярного микрофазного разделения и к самоорганизации в хорошо определены надмолекулярные ансамбли.
Серии работ по производству реакционноспособных функциональных коллоидных носителей для химической, биологической и микроэлектронной технологий позволили определить комплекс соответствующих современных методов исследований.
В частности, к ним отнесены гель-проникающая хроматография, вискозиметрия, Фурье-ИК, УФ, Раман-, ЯМР 1Н и ЯМР 13Сспектроскопия, газожидкостная хроматография, элементный и функциональный анализ, динамическое светорассеяние, трансмиссионное и сканирующая электронная микроскопия, малоугловое рентгеновское рассеяние (МРР), дилатометрия, гравиметрия и т.д.
При прохождении тяжелых ядер, разогнанных до больших значений энергии, в объеме любых непроводящих материалов образуются треки (в металлах и полупроводниках они не образуются).
В частности, в полимерах по пути прохождения частиц разрываются полимерные цепи и появляются активные химические группы.
Не обнаруживаемые даже электронной микроскопией деструктивные изменения можно усилить ультрафиолетовым облучением пленки.
Различия в химической активности полимера на поверхности и по траектории частиц проявляются при травлении пленки. В зависимости от используемого полимера под воздействием щелочи или окислителя в пленке образуются каналы цилиндрической формы. Для облучения полимера используют тяжелые осколки, образующиеся при делении.
Наиболее совершенная технология получения ядерных фильтров разработана Г. Н. Флеровым с сотр., предложившими облучать пленки ускоренными на циклотроне ионами ксенона.
Так как все ионы Хе в циклотронном пучке обладают одинаковой энергией, то все поры, образующиеся после травления щелочью или окислителем, должны обладать одинаковыми размерами. В промышленном масштабе выпускаются поликарбонатные или лавсановые ядерные фильтры с размерами пор от 0,05.
При изучении надмолекулярной структуры полимеров методом электронной микроскопии наименьшие искажения получаются при травлении полимеров в плазме высокочастотного кислородного разряда.