Автореферат (1151495), страница 2
Текст из файла (страница 2)
академиков Ю.А.Овчинникова и М.М.Шемякина РАН и80-летию со дня рождения академика Ю.А.Овчинникова (Москва, Россия, 2014);международнойконференции«Nanomeeting 2015» (Минск, Беларусь, 2015);международной конференции «Advances in Functional Materials Conference 2015»(Stony Brook University, США, 2015).6Опубликованные результаты. По теме диссертации опубликовано 15печатных работ: 13 статей (в том числе 12 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ),18 тезисов докладов.Структура и объем диссертации. Материалы диссертации изложены на 106страницах машинописного текста, в том числе включают: 42 рисунка, 3 таблицы.Диссертация состоит из разделов: введение, обзор литературы, материалы и методы,результаты и их обсуждение, заключение, условные обозначения и сокращения,библиографический список.
Список использованной литературы включает 97источников, в том числе 88 зарубежных.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫОбзор литературы содержит два раздела. Первый раздел посвящен структурнофункциональным особенностям бактериальных и зрительных родопсинов, а такжесозданию планарных систем на их основе. Второй раздел описывает существующиебионаногибридные системы на основе пурпурных мембран и различных наночастиц,в том числе полупроводниковых (квантовых точек) и металлических наночастиц.ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ2.1 ПМ, суспензии с КТ и пленочные структурыПурпурные мембраны выделялись из штамма галофильных бактерий H. SalinarumВКПМ В-10425. Графическая схема технологического процесса представлена ниже.Культивирование штамма Halobacterium salinarum ВКПМ В-10425 проводитсяв кювете объемом 6 л, изготовленной из оргстекла с размерами: высота 41 см, длина40 см, толщина слоя жидкости 3.5 см, толщина стенок 1.2 см.
Для поддержаниятемпературного режима кювету разместить в термостатированной комнате, с7аэрирующим устройством, одновременно обеспечивающим перемешивание (воздух,нагнетаемый насосом, проходит для поддержания стерильности через воздушныйфильтр, ротаметр и поступает в кювету, где барботируется через отверстиявоздухоподающей трубки). Кювету освещают 4 лампами дневного света ЛД-20 5.Имеются отводы для отбора проб и слива КЖ. Перед заполнением кюветыпитательной средой ее промыть и стерилизовать 96% этанолом. Для обеспеченияасептических условий стерилизовать также все коммуникации, связывающие кюветус другими аппаратами.
После заполнения 4 л стерильной ростовой среды, стерильноввести 400 мл (l0% об/об) посевного материала. Перед внесением инокулятатемпературу и рН питательной среды довести до оптимальных значений дляHalobacterium salinarum. Культивирование осуществлять в комплексной солевойжидкой среде, имеющей состав, мас.%: пептон 1, дрожжевой экстракт 0,5, NaCl 25,MgSO4 2, KCl 0,2, цитрат натрия 0,3, глицерин 0,1, CaCl2 0,02, вода остальное, pHсреды 7,2 - 7,4. а также солевой агаризованной среде, имеющей состав, мас.%.: пептон1, дрожжевой экстракт 0,5, NaCl 25, MgSO4 2, KCl 0,2, цитрат натрия 0,3, CaCl2 0,02,агар 1,5, вода остальное, рН среды 7,2-7,4. Рост биомассы галобактерий определять поизменениюоптическойплотностинадлинахволнпоглощения650нм(количественная характеристика общего содержания бактериальной массы) и 570 нм(количественное содержание БР).
Для этого из кюветы периодически отбирать пробы.Отбор проб объемом около 12 мл проводить 1 раз в день. После определенияоптической плотности, пробы объемом 1 мл центрифугировать для осаждения клеток.Осадок использовать для определения содержания БР. Далее ПМ были выделеныстандартными методиками [Oesterhelt D. et al., 1974]. Дисперсия ПМ (~6 мг/мл)использоваласьдляэлектрофоретическогополученияосажденияориентированнойнагибкийпленкиметодомпрозрачныйэлектродполиэтилентерефталат-ITO (ПЭТ-ITO) и получения суспензий с КТ и AgНЧ. Дляполучения смесей ПМ с полупроводниковыми НЧ использовали КТ структурыCdSe/ZnS с длинами волн флуоресценции 470, 540, 570 и 640 нм.2.2 Получение золя AgНЧСеребряный боргидридный золь синтезировали восстановлением нитратасеребра боргидридом натрия в водной среде [Kandarp, 2013].
Методика получения: 12мл раствора боргидрида натрия [NaBH4] = 0,076 мг/мл при t = 4 °С смешивали с 4 мл8раствора нитрата серебра концентрацией [AgNO3]= 0,17 мг/мл. Синтезируемые AgНЧконтролировалиметодамидинамическогосветорассеянияиатомно-силовоймикроскопии. Средний размер AgНЧ составил 24 нм, разброс по диаметру наполувысоте пика распределения не превышал 7 нм. При ГКР исследованиях в зольдобавляли коагулянт - перхлорат натрия.2.3 Контроль геометрических параметров нанообъектов и запись спектровКР и ГКРДля контроля размеров микро- и наночастиц (фрагментовПМ и частицсеребряного золя) использовали метод динамического светорассеяния.
Измеренияпроводили на приборе 90 Plus Particle Size Analyzer, Brookhaven InstrumentsCorporation. Усреднение по 6 измерениям по 10 секунд. Для исследования геометриифрагментов ПМ и распределения на них AgНЧ методом АСМ, а также дляисследования спектров КР И ГКР использовалась уникальная научная установка«Система зондово-оптической 3D корреляционной микроскопии».
УНУ быларазработана в процессе выполнения данной работы и позволяет проводитьмногопараметрическоеисследованиематериаловразличногосостава.Длярегистрации спектра использован монохроматор Solar TII MS50004I с CCDдетектором. Мощность синего излучения (405 нм) в кювете – 12 мВт. Мощностьвозбуждающего зеленого (514 нм) регулировали в диапазоне от 0 до 200 мВт.
Времянакопления сигнала выбирали в диапазоне от 10-160 с, усреднение по 10 измерениямдля каждого спектра. КР спектры ПМ записывали при концентрации 3 мг/мл раствораводе, для записи ГКР спектров использовали 0,3 мг/мл раствор ПМ в воде, которыйсмешивали в соотношении 25 мкл/25 мкл с боргидридным золем серебра иинкубировали 5 минут (оптимальное время инкубации), после чего добавляли 5 мкл 1ммоль/мл водного раствора NaClO4 для коагуляции частиц золя. Полученныерастворы помещались в кювету объемом 60 мкл.2.4 Флеш-фотолизФотореакции бактериородопсина исследовали на импульсном однолучевомдифференциальном спектрофотометре с двойной монохроматизацией измеряющегосвета.
В качестве источника светового возбуждения использовали Nd-YAG лазер LS2131M (“LOTIS TII”, Беларусь, 532 нм, 8 нс, 5 мДж). Для улучшения соотношениясигнал/шум проводили накопление и усреднение от 50 до 100 одиночных сигналов с9помощью аналого-цифрового преобразователя Octopus CS 8327 (GaGe AppliedTechnologies). В дальнейшем файл длиной 4 или 8 миллионов точек с помощьюпрограммы логарифмического сжатия трансформировался до файла длиной около 300точек. Для получения полной кинетической картины фотоцикла проводили измеренияпри 5-ти длинах волн, характерных для превращений различных интермедиатов – 410нм, 500 нм, 570 нм, 620 нм и 650 нм, а набор кривых в логарифмической шкалеанализировали по программе глобального фитирования с подбором от 4 до 7характерных экспоненциальных составляющих.ГЛАВА 3.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ3.1 Взаимодействие пурпурных мембран с различными электродами ипроводящим полимером в фотовольтаической ячейкеФрагменты ПМ (рис. 1) или БР являются наиболее типичными компонентамигибридных наноматериалов, которые могут быть использованы для выработкиэнергии.абРисунок1.АСМизображение фрагментаПМ,диаметрмаксимальныйданногофрагмента 600 нм (а),высота мембраны 6 нм.Одним из основных результатов работы является создание гибриднойфотовольтаической ячейки на основе двух слоев: (1) ориентированный слой ПМ, (2)проводящий полимер - смесь поли (3,4-этилендиокситиофена) и поли (стиролсульфоната) (ПЭДОТ:ПСС).
Схема подготовки ориентированного слоя, где ПМориентировано осаживаются цитоплазматической стороной на положительный ITOэлектрод показана на рис. 2а.Рисунок 2. Схема подготовкиориентированного слоя ПМ (а),схемагибриднойфотовольтаической ячейки (б).10Полученный гибридный фотоэлемент (рис. 2б) имеет преимущество - слойполимера ПЭДОТ:ПСС, способствующий более обширной площади взаимодействияпленки ПМ с внешним электродом.
Измерение фотопотенциала фотоэлектрическихячеек с различными внешними электродами (рис. 3.), активированных методомединичной лазерной вспышки «single-flash», показало качественно одинаковыйхарактер сигнала благодаря одинаковым параметрам. Значения фотопотенциала длявсех этих кривых резко возрастает на 30-35 отн.ед. (с 1 мкс до 1 мс), что может бытьобусловлено формированием М-формы в фотоцикле БР. После воздействия квантасвета происходит изомеризация ретиналя из транс- в цис-конформацию (all-trans → 13cis), что соответствует переходу из основного состояния с λmax 570 нм (БР570) в Мформу с λmax 412 нм (М412).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
