Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и применение ядерно-физических и рентгеновских методов диагностики нанообъектов в органических и неорганических средах

Номер контракта: 14.575.21.0072

Руководитель: Кашкаров Павел Константинович

Должность: Декан НБИК-факультета

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский физико-технический институт (государственный университет)"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
наночастица, наноматериал, продукты питания, бытовые товары, окружающая среда, метод измерения, радиоизотоп, ядерная активация, нейтронно-активационный анализ, гамма-спектрометрия, биокинетика, математическое моделирование, токсикокинетика, фармакокинетика, безопасность.

Цель проекта:
В связи со все более интенсивным использованием наночастиц (НЧ) из неорганических материалов в продукции и технологиях массового потребления крайне важным аспектом является как определение массового содержания НЧ в организмах млекопитающих, так и изучение их транспорта. Эти данные необходимы, в первую очередь, для оценки степени потенциальной опасности НЧ данного вида для живого организма. Эти параметры особенно важны для решения прикладных задач безопасного применения НЧ, например, в фармакологии, ветеринарии, пищевой промышленности, косметологии и т.д. Поэтому крайне актуальными проблемами для наноиндустрии и Госсанэпиднадзора являются вопросы оперативного, точного и достоверного контроля наноматериалов в значительном количестве образцов, продуктов и других системах при различных разовых и долговременных испытаниях, исследованиях, тестах и т.п. Цели: 1. Разработка высокочувствительных неразрушающих ядерно-физических и рентгеновских методов диагностики (детектирования) НЧ с целью повышения точности и селективности измерений их массового содержания в органических и неорганических средах. 2. Оценка биокинетических параметров распределения НЧ в различных органах, тканях лабораторных животных по результатам исследования транспорта НЧ серебра, селена и диоксида титана в живом организме и разработка математических моделей биокинетики указанных НЧ с экстраполяцией на человека. Основной целью проекта является разработка универсальных методов для контроля содержания НЧ в продукции наноиндустрии, а также, получение данных, которые могут лечь в основу нормативных документов по использованию нанотехнологий.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Проекты методик детектирования НЧ в органических и неорганических средах, в том числе методик:
а.) измерения массового содержания наночастиц селена в биологических тканях и других средах ядерно-физическим методом на основе активации тепловыми нейтронами;
б.) измерения массового содержания наночастиц двуокиси титана в биологических тканях и других средах ядерно-физическим методом на основе активации быстрыми протонами;
в.) детектирования наночастиц с помощью рентгено-флуоресцентного анализа;
г.) облучения на исследовательском реакторе экспериментальных образцов.
2. Результаты исследования биокинетики НЧ Se и TiO2. в организме лабораторных животных.
3. Математические модели биокинетики НЧ Se и TiO2 в организме лабораторных животных.
Полученные результаты могут лечь в основу нормативных документов, регламентирующих нормы по потребления НЧ.
На основе разработанных методик возможно проведение сертификации продукции наноиндустрии как в органических, так и в неорганических средах.
По результатам Проекта планируется опубликовать минимум 6 статей в рецензируемых журналах, принять участие минимум в 5 национальных и (или) международных научных конференциях (симпозиумах) с докладами по результатам Проекта, разработать 2 РИД, представить к защите 1 кандидатскую диссертацию.



Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Ядерно-физические методы (ЯФМ) детектирования НЧ включают два основных этапа их реализации: активация искомых элементов тепловыми нейтронами или быстрыми заряженными частицами и гамма-спектрометрический анализ активированных изотопов в исследуемых образцах.
Разрабатываемые ЯФМ детектирования НЧ в органических и неорганических средах являются важными, а в ряде случаев уникальными, исключительными методами исследования НЧ в различных средах. На современном уровне развития техники и прикладной науки эти методы обладают рядом исключительных свойств:
а.) они относятся к числу наиболее чувствительных методов; предел обнаружения для многих химических элементов лежит в интервале относительных значений 10-7 – 10-11 % ,
б.) один из вариантов этих методов (метод сравнения со стандартным образцом) позволяет получать результат измерения с высокой точностью (с относительной ошибкой менее 1 %);
в.) имеется возможность определения массового содержания биофильных элементов (например, селена, цинка) в биологических тканях и органах, в отличие от многих других методов;
г.) имеется возможность измерения массовой концентрации непосредственно в твердотельных пробах, в то время как для многих других
методов требуется предварительное переведение исследуемой пробы в жидкое состояние (если это вообще возможно);
определение массового содержания наноматериала может быть произведено как в микро-, так и в макрообразцах размером до нескольких
сантиметров по всем трем измерениям.
В некоторых научно-исследовательских и других организациях России имеются необходимые источники нейтронов и современные многоканальные анализаторы гамма-спектров, снабженные компьютерами и соответствующим программным обеспечением, пригодные для применения ЯФМ измерений; например, НИЦ «Курчатовский институт» обладает сертифицированным оборудованием, необходимым для применения ЯФМ измерения массового содержания химических элементов (исследовательский ядерный реактор ИР-8 с потоком тепловых нейтронов не менее 1012 нейтронов/сек см2, современные многоканальные анализаторы гамма-спектров и др.).
Разрабатываемые ЯФМ пригодны для получения охраноспособных результатов.
Применение ЯФМ для научных исследований и для получения практически необходимых результатов требует использования уникальных установок. В данном случае это исследовательский ядерный реактор и циклотрон. Для применений ЯФМ необходимо иметь лаборатории, аттестованные для работы с лабораторными животными и радиоактивными материалами.
Основные разработки мирового уровня в области нанобезопасности принадлежат исследованиям токсических свойств НЧ, а не изучению биокинетики и транспорта НЧ, что обусловлено:
1. Ограничением в некоторых странах на определенные виды работ с лабораторными млекопитающими.
2. Невозможностью проведения экспериментов по детектированию следовых количеств НЧ в связи с невысокой доступностью применения точных методик.
Однако, в мировой научной литературе имеются некоторые данные и по биокинетике, полученные, в основном, с помощью масс-спектрометрических методов, ААС, АЭС, ПЭМ и СЭМ. Чувствительность и интегральность указанных методов значительно уступает предлагаемым ЯФМ. Кроме того, изучение транспорта биофильных НЧ возможно только на основе создания меток, что легко осуществить на основе ЯФМ. Единственным недостатком ЯФМ является их невысокая доступность.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Результаты применения ЯФМ необходимы для:
а.) поддержки НИР по исследованию токсикокинетики и фармакокинетики НЧ.
б.) решения задач наноиндустрии по оперативному, точному и достоверному контролю наноматериалов в значительном количестве образцов, продуктов и других системах при различных разовых и долговременных испытаниях, исследованиях, тестах и т.п.
в.) сертификации продукции наноиндустрии на основе наносеребра, наноселена и диоксида титана в наноформе.
Развитие и применение ЯФМ детектирования наноматериалов в разных областях могут быть предметом международного сотрудничества, учитывая актуальность тематики и наличие уникальных установок.

Текущие результаты проекта:
а.) Обоснована актуальность исследования биокинетики НЧ Se;
б.) разработан ядерно-физический метод детектирования НЧ Se;
в.) разработан проект методики измерения массового содержания НЧ селена в биологических тканях и других средах ядерно-физическим методом на основе активации тепловыми нейтронами;
г.) проведены теоретические и экспериментальные исследования биокинетики НЧ Se в организме животного.