Краткая аннотация и научное обоснование:

Целью проекта является накопление базы данных для лучшего понимания фундаментальных закономерностей высокоинтенсивной ионизации в модельных и конструкционных материалах. Знание фундаментальных механизмов имеет первостепенную важность для ядерной энергетики, нанотехнологических приложений и для испытаний мишенных материалов для ядерно-физических экспериментов. В качестве инновационного подхода, предлагается исследование эффектов высокой плотности ионизации на ранее созданную дефектную структуру, которая была образована воздействием «обычной» радиации (сотни кэВ и единицы МэВ, ионное облучение), что представляет собой наиболее надежный путь симуляции повреждение, создаваемых продуктами деления. Основным подходом в достижении целей проекта будет использование современных методик структурного анализа – высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии в сочетании с моделированием методами молекулярной динамики процессов формирования треков. Структурные изменения будут также исследоваться при помощи растровой электронной микроскопии, рентгеновской дифракции, конфокальной рамановской и люминесцентной микроскопии, оптической спектроскопии в реальном времени при ионном облучении. Радиационная стойкость перспективных реакторных материалов и мишенных материалов для ядерно-физических экспериментов будет исследоваться микро- и наномеханическими методами испытаний.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. Углубленное понимание фундаментальных физических закономерностей при ионизации высокой плотности в твердых телах, основанное на исследованных зависимостях кинетики структурных изменений в треках быстрых тяжелых ионов в приповерхностных областях наноструктурированных диэлектриков – наночастиц, межфазных слоев, слоистых структурах.

2. Результаты моделирования методами молекулярной динамики процессов релаксации решетки и формирования областей с измененной структурой в приповерхностных и межфазных областях композиционных материалов, подвергнутых воздействию энергетичных ионов – нанокластеров в матрицах, слоистых материалах.

3. Данные о совместном влиянии высокой плотности ионизации и гелия на транспортные свойства продуктов деления в защитных слоях и инертных матрицах.

4. Накопление базы данных о параметрах ионных треков в обычных и наноструктурированных керамиках, перспективных для ядерно-физических приложений.

5. Данные о долговременной стабильности мишенных материалов во время длительных облучений интенсивными пучками тяжелых ионов.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

1. Исследование микроструктуры интерфейсных слоев AlN/Al2O3, CeO2/ZrO2:Y, Si/Al2O3 облученных тяжелыми ионами высоких энергий, методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения.

2. Измерение методами ПЭМ параметров гелиевой пористости, сформированной равномерным ионным легированием гелия и отжигом, в сплавах на основе никеля и титана.

3. Микромеханические испытания методом наноиндентирования ферритных ДУО сплавов, облученных высокоэнергетическими ионами ксенона.

Краткая аннотация и научное обоснование:

Цель проекта состоит в разработке нанокомпозитных и функциональных трековых мембран (ТМ) для нанотехнологических, биомедицинских, сенсорных приложений, а также для новых мембранных сепарационных процессов. ТМ представляют собой пример промышленного приложения ионно-трековой технологии. Трековые мембраны имеют ряд существенных преимуществ перед обычными мембранами в силу их прецизионно заданной структуры.

Размер пор в них, форма пор и плотность могут варьироваться контролируемым способом так, чтобы получить мембрану с заданными транспортными и задерживающими характеристиками. Современные тенденции в биологии, медицине, исследовании окружающей среды, получении «зеленой» энергии и других областях формулируют требования к мембранам с новыми специфическими функциями. Эти функции могут быть обеспечены заданием (регулировкой) геометрических, морфологических и химических свойств ТМ. Настоящий проект будет фокусирован на разработку различных функциональных трековых мембран, с использованием следующих подходов:

– задание нужной архитектуры пор;

– композитные структуры;

– гибридные структуры;

– направленная химическая и физическая модификация;

– выбор основного материала мембраны.

Особое внимание будет уделено биомедицинским применениям трековых мембран.

Основным результатом проекта будет создание научно-технических основ для разработки новых мембран, обладающих специфическими функциями. Будет исследована применимость разработанных мембран в практически важных мембранных сепарационных процессах, биомедицинских процедурах и аналитических задачах.

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. Функционализированные ТМ, полученные из облученных ионами полимерных пленок с использованием мягкого фотолиза и жидкостной экстракции продуктов деструкции из треков для электродиализа и электробаромембранного процесса:

– определение ионоселективных свойств мембран;

– исследование возможности разделения моно- и многовалентных ионов на нанопористых ТМ с использованием электро-баромембранного процесса.

2. Экспериментальная верификация возможности изготовления нанокомпозитных, функционализированных и гибридных ТМ:

– ТМ с асимметричными и модифицированными нанопорами для разделения рацемических смесей;

– микрофильтрационные ТМ с иммобилизованными белками для обнаружения «свободных» РНК и ДНК и их применения в биосенсорах;

– функционализированные нанопористые мембраны из поливинилиденфторида (ПВДФ) для селективного преконцентрирования токсичных металлов и их количественного определения;

– ТМ, функционализированные наночастицами серебра и биоактивными веществами, для создания бактерицидных и вирулицидных фильтрационных материалов;

– модифицированные ТМ с улучшенной клеточной адгезией для систем культивирования клеток;

– аффинные ультра- и микрофильтрационные ТМ для разделения экзосом;

– нанокомпозитные ТМ с иммобилизованными наноконьюгатами серебра и золота и аптамеров для диагностики вирусных заболеваний с помощью SERS и флуоресцентной спектроскопии;

– гибридные ТМ с поверхностными полимерными нановолоконными структурами и модифицированными селективными комплексными соединениями, лигандами и металлоорганическими каркасами для селективного
удаления токсичных металлов из воды.

3. Данные об ионоселективных, электрокинетических и осмотических свойствах модифицированных нанопор, включая асимметричные, в зависимости от их геометрии и функциональных групп на поверхности.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году:

1. Исследование закономерностей трекообразования в поливинилиденфториде при облучении тяжелыми ионами и получение нанопористых ПВДФ-ТМ.  Разработка методик модификации нанопористых ПВДФ-ТМ функциональными мономерами методом пострадиационной прививочной полимеризации.

2. Получение трековых мембран, функционализированных слоем наночастиц со структурой ядро/оболочка состоящих из серебра и золота для дальнейшего использования в анализе вирусов с применением аптамеров.

3. Изучение процесса мембранной дистилляции на ТМ с наноразмерным гидрофобным покрытием, получаемым путем электронно-лучевого диспергирования полимеров.

4. Изучение селективных свойств металлорганической каркасной структуры на поверхности ТМ в растворах электролитов.

5. Разработка метода модификации трековых мембран биосовместимыми конъюгатами куркумина, кверцитина и оценка их биологической эффективности по отношению к РНК и ДНК-содержащим вирусам.

6. Разработка методики баромембранного разделения на трековых мембранах культуральной среды мезенхимальных стволовых клеток человека. 

Сотрудничество по теме: