3. Произвести снятие изображений используемым методом исследования для обоих образцов.
4. Произвести качественный анализ различий в образцах.
5. Составить отчет о проделанной работе.
Отчет должен содержать:
1. Описание принципов полимеризации, происходящих в композитных наноматериалах, содержащих фотополимеры.
2. Описание процедуры приготовления образцов.
3. Анализ полученных изображений и качественные выводы об изменении свойств материала под действием света.
Тема 7: Исследование антибактериальных свойств композитного наноматериала
Цель занятия: изучение антибактериального действия наночастиц серебра.
Время занятия: 4 академических часа.
Необходимое оборудование: образцы антибактериальных покрытий, содержащих наночастицы серебра, наночастицы серебра, культуру клеток на питательной среде (например, E. Coli).
План работы:
Ознакомление студентов c методикой качественного определения количества бактерий по изменению цвета питательной среды
Методика основывается на хорошо известном факте, что по мере роста в цветной питательной среде бактерии сдвигают рН в кислую сторону, что влечет за собой изменение цвета среды, а эффективное антибактериальное средство, должно предотвращать конверсию цвета. В состав питательных сред можно включать разные индикаторы — феноловый красный, бромкрезолпурпур или бромтимоловый синий. Наиболее яркий переход от исходного цвета к желтому получается при использовании питательной среды с бромкрезол-пурпуром, но наиболее чувствительной к конверсии цвета оказывается зеленая питательная среда с бромтимоловым синим. Учет результатов необходимо вести после термостатирования при 37°С по изменению исходного цвета питательной среды и появлению мутности, которые можно регистрировать визуально, но возможен и инструментальный при использовании специализированного спектрофотомера и фильтра 450 нм.
Жидкая питательная среда должна содержать 0,5 % глюкозы. Чем выше концентрация бактерий, тем скорее наступает конверсия цвета. Концентрация индикатора — бромтимоловый синий, должна составлять 0,002%. Концентрации бактерий, должна составлять 5·107 млн. клеток в одной кювете или лунке (можно использовать плоскодонные луночки стерильных пластинок типа Titerteck). Объем среды в кювете должен составлять 0,5 мл. При этой концентрации достаточно было 2-3 генераций бактерий, чтобы наступила конверсия цвета питательной среды в желтый.
Порядок выполнения практической части работы
Студент должен:
1. Внимательно ознакомиться с методикой качественного определения количества бактерий в жидкой питательной среде.
2. Подготовить три образца, содержащие жидкую питательную среду с индикатором, необходимую начальную концентрацию бактерий.
3. Первый образец должен быть контрольным и не содержать антибактериального препарата.
4. Во второй и третий образцы необходимо добавить необходимое количество наночастиц серебра и измельченного антибактериального покрытия, содержащего наночастицы серебра (концентрацию антибактериальных препаратов необходимо заранее подобрать преподавателем для данной системы эмпирически).
5. Все образцы необходимо термостатировать при 37°С в течении 2,5 часов при этом через интервалы наблюдая за изменением цвета среды.
6. После термостатирования необходимо произвести анализ изменения цвета среды и качественно сделать выводы об антибактериальной активности используемых агентов.
7. Составить отчет о проделанной работе.
В качестве индикаторов могут быть использованы и другие средства. Возможно изменение характера работы с использованием колонии бактерий на твердых питательных средах. В этом случае, антибактериальные агенты должны помещаться непосредственно в колонию, а количество клеток на единицу площади подсчитываться с использованием специализированного оптического микроскопа, со специальной счетной решеткой либо с использованием растрового электронного микроскопа.
Отчет должен содержать:
1. Описание используемой методики определения эффективности антибактериальных свойств.
2. Описание проведенного эксперимента
3. Анализ полученных результатов с выводами об эффективности использованных антибактериальных средств.
7. ПРИМЕРНЫЕ ТЕМЫ КУРСОВЫХ РАБОТ (РЕФЕРАТЫ)
Примерные темы курсовых работ (реферотов) представлены в таблице 5.
Таблица 5.
№ темы уч.-тем. плана | Темы рефератов |
4,5,8 | Кремний: прошлое и перспективы |
3 | Фуллерены: от молекулы до композита |
2 | Обзор современных применений нанобиокомпозитов |
5 | Современные достижения в получении нанокомпозитов |
5,8 | Связь структуры и свойств на примере нескольких нанобиокомпозитов |
6 | Различия в структурах минерального слоя, осаждаемого на органической матрице |
3,4,5 | Различия в структурах и свойствах нанообъектов, получаемых из одного материала, в зависимости от способа получения (на примере полупроводников, металлов) |
3,6 | Нанобионика: природные нанокомпозиты и их искусственные аналоги |
6 | Зарождение жизни: нанобиокомпозит «наоборот» |
8 | Оптические/механические/электромагнитные свойства определенных биосовместимых нанокомпозитов |
8 | Наномедицина: от Фрейтаса до наших дней |
8 | Наномедицина: нанокомпозиты или нанороботы? |
5 | Какой путь синтеза эффективнее: «сверху вниз» или «снизу вверх»? |
10 | Экологические аспекты применения биосовместимых нанокомпозитов |
10 | Влияние нанотехнологий на общество |
10 | Самоорганизация и биодеградация: проблема «серой слизи» |
10 | Этические аспекты наномедицины |
8. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
В зависимости от подготовки студентов и их специальностей некоторые вопросы курса могут быть вынесены на самостоятельное изучение по желанию преподавателя, например, тема УП №3 «Углеродные наноматериалы».
9. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ В ЦЕЛОМ
«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»
Ретроспектива нанотехнологий. Роль самоорганизации в синтезе нанокомпозитов. Классификации наноматериалов. Особенности оптических, электронных и магнитных свойств наносистем и наноматериалов. Классификация нанокомпозитов. Получение и свойства углеродных наноструктур. Нанокомпозиты на основе углерода. Кластерные модели. Неорганические матрицы. Методы нанодиспергирования компактного материала. Электрохимическое генерирование. Химические методы синтеза. Синтез в обратных мицеллах. Золь-гель метод. Получение тонких пленок. Методы стабилизации наночастиц. Наночастицы в матрицах:цеолиты, стекло, силикагель Наночастицы в матрицах: полимеры. Биологические композиты. Биологически синтезированные наноструктуры и наносистемы. Наноматериалы на основе биологических молекул. Нанобионные композиты. Масс-спектрометрия матрично-активированной лазерной десорбции / ионизации (МАЛДИ). Дифракция электронов: дифракция медленных электронов, дифракция отраженных быстрых электронов. Полевые методы: полевой электронный микроскоп, полевой ионный микроскоп. Сканирующая зондовая микроскопия: сканирующая туннельная микроскопия, атомно-силовая и магнитно-силовая микроскопия. Рентгеновская спектроскопия и дифракция: рассеяние на аморфных и частично упорядоченных объектах, малоугловое рентгеновское рассеяние, рентгеновская спектроскопия поглощения: EXAFS, XANS, NEXAFS. Электронная спектроскопия: рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия, ультрафиолетовая электронная спектроскопия, электронная Оже-спектроскопия. Оптическая и колебательная спектроскопия. Мессбауэровская (гамма-резонансная) спектроскопия: адсорбционная и эмиссионная МС, Рэлеевское рассеяние мессбауэровского излучения, Мессбауэровская спектроскопия конверсионных электронов, временнáя МС резонансного рассеяния, неупругое ядерное резонансное рассеяние. Методы радиоспектроскопии: ядерный магнитный резонанс, электронный парамагнитный резонанс. Биологические методы диагностики. Сравнение свойств «чистой» матрицы и нанокомпозита Механические свойства биосовместимых нанокомпозитов. Оптические свойства биосовместимых нанокомпозитов. Электроника на основе биосовместимых нанокомпозитов. Сенсоры на основе биосовместимых нанокомпозитов. Биосовместимые нанокомпозитные. магнитные материалы. Наномедицина. Биосовместимые покрытия. Компьютерное моделирование и конструирование биосовместимых композитных наноматериалов. Экологическая и биологическая безопасность производства нанокомпозитов. Токсичность наноматериалов. Социальные и этические аспекты нанотехнологий.10. ТЕСТОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РЕЙТИНГОВОЙ СИСТЕМЕ
по учебной дисциплине
«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»
Тестовые материалы по курсу не планируются.
11. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ
(Учебно-методическое обеспечение курса)
ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1) P. M. Ajayan, L. S. Schadler, P. V. Braun Nanocomposite Science and Technology WILEY-VCH Verlag GmbH Co. KGaA, Weinheim 2003 p.236
2) ОБ УТВЕРЖДЕНИИ КОНЦЕПЦИИ ТОКСИКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ, МЕТОДОЛОГИИ ОЦЕНКИ РИСКА, МЕТОДОВ ИДЕНТИФИКАЦИИ И КОЛИЧЕСТВЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАНОМАТЕРИАЛОВ. ПОСТАНОВЛЕНИЕ 31 октября 2007 г. N 79 (Д)
3) , , Нарцев получения и свойства нанообъектов: учебное пособие. Издательство: М.: Флинта: Наука, 2009, 168 стр.
4) Kay C Dee, David A. Puleo, Rena Bizios. IncAn Introduction To Tissue-Biomaterial Interactions John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey., 2002, 239 р.
5) Bio-Materials and Prototyping Applications in Medicine Paulo Bártolo l Bopaya Bidanda, Springer, Springer ScienceþBusiness Media, New York, 2008, 222 p.
6) Biomimetic Nanoceramics in Clinical Use: From Materials to Applications. Maria Vallet-Regi, Daniel A. Arcos. Royal Society of Chemistry, 2008, 173 p.
7) Biological Nanostructures and Applications of Nanostructures in Biology: Electrical‚ Mechanical‚ and Optical Properties Michael A. Stroscio and Mitra Dutta, Kluwer Academic/Plenum Publishers, New York, 2004, 194 p.
8) Metal-Polymer Nanocomposites. Luigi Nicolais, Gianfranco Carotenuto. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jerse, 2005, 320 p.
9) Carbon Nanotubes: From Basic Research to Nanotecnology. Valentin N. Popov, Philippe Lambin. Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2006, 270 p.
10) Graeme W. Milton. The Theory of Composites Cambridge University Press, 2004, 749 p.
11) Therapeutic Micro/Nanotechnology Tejal Desai, Sangeeta Bhatia. Springer Science+Business Media LLC, New York, 2006, 387
Для проведения лабораторных работ:
Тема 1
1) , , Практическое руководство по спектрофотометрии и колорометрии, Москва, изд. МГУ, 1965 г.
2) Методы спектрофотометрии в УФ и видимой областях в неорганическом анализе, изд. Лаборатория Базовых Знаний, 2007 г.
3) , , Техника и практика спектроскопии, Москва, 1972 г.
4) Д. Браун, А. Флойд, М. Сейнзбери, Спектроскопия органических веществ, Москва, изд. Мир, 1992 г.
Тема 2
1) Л. Энгель, Г. Клингель. Растровая электронная микроскопия, Справочник, Москва, «Металлургия», 1986.
2) Д. Чандлер, Р. Роберсон, Оптическая и электронная микроскопия в медицине и биологии, пер. с англ., Москва, Интеллект, 2009.
3) Douglas B. Murphy, FUNDAMENTALS OF LIGHT MICROSCOPY AND ELECTRONIC IMAGING, USA, A JOHN WILEY & SONS, INC., 2001.
Тема 3
1) B. Chu. Laser Light Scattering. Academic Press, N. Y., 1974.
Спектроскопия оптического смешения и корреляция фотонов, под ред. Г. Камминса и . Наука, М., 1978 г.
2) B. J. Berne and R. Pecora. Dynamic Light Scattering with Applications to Chemistry, Biology and Physics. Willey-Interscience, N. Y., 1976.
3) H. Z. Cummins and E. R. Pike eds. Photon Correlation Spectroscopy and Velocimetry. Plenum Press, N. Y., 1977.
4) V. Degiorgio, M. Corti and M. Giglio eds. Light Scattering in Liquids and Macromolecular Solutions. Plenum Press, N. Y., 1980.
5) S. H. Chen, B. Chu and R. Nossal eds. Scattering Techniques Applied to Supramolecular and Nonequilibrium Systems. Plenum Press, N. Y., 1981.
6) B. E. Dahneke ed. Measurement of Suspended Particles by Quasi-Elastic Light Scattering. John Wiley & Sons, N. Y., 1983.
7) R. Pecora ed. Dynamic Light Scattering — Applications of Photon Correlation Spectroscopy. Plenum Press, N. Y., 1985.
8) K. S. Schmitz. An Introduction to Dynamic Light Scattering by Macromolecules. Academic, 1990.
W. Brown ed. Dynamic Light Scattering: the Method and Some Applications. Clarendon Press, Oxford, 1993.
Тема 4
1) В. Миронов, Основы сканирующей зондовой микроскопии, Москва, Техносфера, 2005.
Ernst Meyer, Hans Josef Hug, Roland Bennewitz, Scanning probe microscopy: the lab on a tip, Springer, 2003.
2) Roland Wiesendanger, Scanning probe microscopy and spectroscopy: methods and applications, Cambridge University Press, 1994.
Тема 5
1) , Кабанов комплексы нуклеиновых кислот как средство доставки генетического материала в клетку. Высокомолекулярные соединения, 1994. Т.36, №2. С. 198-211.
2) Thomas M., Klibanov A. M. Non-viral gene therapy: polycation-mediated DNA delivery. Appl. Microbiol. Biotechnol, 2003. № 62. P. 27–34.
3) Felgener P., et al. Nomenclature for synthetic gene delivery systems, Hum. Gene Ther, 1997. № 8. P. 511–512.
4) Tsetska Radeva, Physical Chemistry of Polyelectrolytes, CRC Press, 2001
5) Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. М.:Мир, 1987
6) , , Биологическая химия, М, Высш. школа,2000
7) Волькенштейн , М. Наука, 1981
Тема 7
, , Ускоренный и упрощенный способ определения антибактериальной активности дезинфекционных средств, Дезинфекционное дело, №3, 1999.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
1) Суздалев : Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. Изд.2, испр. 20с.
2) Мария Рыбалкина Нанотехнологии для всех 2005 г. Физ.-мат. лит. 444 с.
3) Журнал «Российские нанотехнологии»
4) , , Расширение возможностей эстетической реставрации зубов. Нанокомпозиты Учебное пособие Издательский -Петербургского государственного университета Санк-Петербург 2005, 144 с.
5) Химия и применение углеродных нанотрубок Успехи химии, 2001, Том 70, Номер 10, Страницы 934-973.
6) Б. Нолтинг «Новейшие методы исследования биосистем» Техносфера 2005
7) P. L. Luisi THE EMERGENCE OF LIFE From Chemical Origins to Synthetic Biology Cambridge University Press, New York, 2006, 332 p.
8) Nanomaterials and Nanosystems for Biomedical Applications M. Reza Mozafari. Springer, Dordrecht, The Netherlands, 2007, 168 p.
9) Katsuhiko Ariga, Toyoki Kunitake. Supramolecular Chemistry— Fundamentals and Applications, Advanced Textbook. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2006, 214 p.
10) Understanding DNA: The Molecule & How It Works. Third Edition, Elsevier, 2004, 349 p.
ЭЛЕКТРОННЫЕ РЕСУРСЫ
1) www. *****
2) www. *****
3) Журнал «Российские нанотехнологии», www. *****, электронная версия — www. *****
4) http://edu. *****/w/index. php/Введение
5) http://magneticliquid. *****/statii-particles. htm
12. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Так как нанотехнология — область знаний молодая, поэтому многие ее положения являются спорными. И главной задачей курса является сформировать у студентов представление о современных технологиях получения/применения и работы с нанокомпозитами. Основным источником информации является Интернет и свежие журнальные публикации, труды конференций. При организации самостоятельной работы студентов (выдаче заданий и т. д.) нужно исходить из специфики Интернета, как источника информации. Во-первых, в Интернете содержится очень много дублированной и искаженной информации, поэтому необходимо обращаться к публикации-первоисточнику. Как правило, для этого требуется знание английского языка. Во-вторых, даже первоначальные публикации могут содержать неверные данные (так как большинство Интернет-изданий не рецензируется или рецензируется плохо), поэтому необходимо подтверждать/опровергать найденную информацию из независимых источников или общих научных соображений.
Так как данная дисциплина является комплексной, возможно, часть самостоятельной работы студентов придется направить на прохождение основ физики/химии/медицины.
13. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ РЕФЕРАТИВНЫХ РАБОТ
Реферативные работы выполняются на основе анализа информации в специализированных журналах, работах конференций, Интернете, для социальных тем — газетных публикациях. Так как нанотехнология — область знаний молодая, и многие ее положения являются спорными, поэтому главная задача реферата — обосновать/сформировать мнение автора по теме реферата.
Зачетный реферат по лекционному курсу является независимым от выступлений на семинар и защищается отдельно, возможно, например, совмещение экзамена и защиты реферата.
Особое внимание при проверке рефератов следует уделить проверке на плагиат. Конечно, нанотехнологии — не самая популярная тема для рефератов, но с каждым годом их количество в Интернет будет расти, а в данной дисциплине важно наличие собственной точки зрения и умения ее защищать. При этом, так как в работах по данной тематике до сих пор много популизма, важно чтобы студенты научились проверять утверждения хотя бы с помощью простых законов логики, физики, химии и биологии.
14. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ
по учебной дисциплине
«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»
Дисциплина представлена обзорным курсом лекций, семинаров и лабораторных работ. Все три части независимы друг от друга и могут проводиться как в параллельно, так и в разных семестрах.
Курс построен по спиральному-обзорному принципу. К отдельным темам приходится возвращаться, чтобы взглянуть на них с точки зрения определенного объекта (например, углеродных структур и, конкретно, фуллеренов или нанотрубок) или на более глубоком уровне рассмотрения. В результате из таких кусочков должно сложиться общее видение материала.
Например. Сначала (во Введении и Наноматериалах) даются общие характеристики электронных свойств. Затем они отдельно обсуждаются для фуллеренов, графена и нанотрубок. Потом свойства переносятся на композитные материалы и биологические, в том числе. Затем дается общий обзор электронных свойств в плане реальных применений.
При определении нанотехнологий лектор может приводить свои определения или наиболее широкоупотребительные в данный момент. До сих пор не было дано «официально принятого» определения, поэтому главная задача данной лекции — создать базис для дискуссии на тему, что же такое нанотехнологии, чем они принципиально отличаются от соседних технологий и почему сложно дать строгое определение.
Раздел посвященный углероду может быть сокращен до обзорного в зависимости от подготовки аудитории. Необходимо провести параллели между получениями различных кластеров: углерода и кремния, металлов, каждый раз показывая: общие принципы + индивидуальность.
Химия фуллеренов и нанотрубок также может быть сокращена для нехимических специальностей, однако необходимо показать некоторые характерные взаимодействия и функцианализации кластеров (например, комплексы с атомами металлов, концевые функциональные группы нанотрубок для хемосенсоров). Нанотрубки являются идеальным примером для курса: они могут выступать и матрицей, и наполнителем. Поэтому под них стоит выделить отдельную лекцию. Их биосовместимость пока под вопросом: есть положительные эксперименты по использованию их в качестве контейнеров для доставки лекарств, но так как они легко встраиваются в мембраны, то легко могут вызвать смерть клеток. Именно поэтому уделяется особое внимание функциализации. Аналогично фуллерены.
Рисунки и дополнительная информация по лекциям помещены в презентации, прилагающиеся к курсу.
Семинарские занятия представляют собой обсуждения кратких реферативных докладов, подготовленных и сделанных студентами самостоятельно. Поощряются коллективные работы. Зачетный реферат по лекционному курсу является независимым и защищается отдельно, возможно, например, совмещение экзамена и защиты реферата.
Большинство книг в списке литературы к лекциям подобрано таким образом, чтобы их можно найти в Интернет в бесплатном доступе.
15. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И РЕСУРСЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
Предполагается работа студентов по поиску в Интернете необходимого материала. В качестве основных отправных точек можно использовать следующие ресурсы:
1) http://edu. *****/w/index. php/Введение
2) www. *****
3) www. *****
4) www. *****
5) Путилин и социум. Учебно-информационный материал. 2007 (http://filosof. *****/books/item/f00/s00/z0000992/st000.shtml)
6) http://*****/
Приложение 1
СЛАЙДЫ ЛЕКЦИЙ
по дисциплине
«Технологии биосовместимых композитных наноматериалов»
Файлы в формате MS PowerPoint на CD диске:
Папка: Лекции-Технологии биосовместимых композитных наноматериалов
Файлы: Биологически синтезированные наноструктуры и наносистемы.ppt, Биологические композиты. ppt, Классификация наноматериалов. ppt, Нанобионика и биомиметика. ppt, Перспективы использования нанотехнологий. ppt, Ретроспектива нанотехнологий. ppt, Что такое нанотехнология. ppt, Шкала размеров. ppt
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 |
