(ЭКСПЕРИМЕНТАЛДЫК ИЗИЛДӨӨ)

Нанотехнология убакыт өткөн сайын илимпоздордун гана эмес, жөнөкөй адамдардын да түшүнүүсүн талап кылган илимдин жаңы тармагына айланууда. Наноструктуралар, наноматериалдар учурда биз пайдаланып жаткан заманбап техника, машина, электрондук буюмдарды жасоодо байма-бай колдонулуп, атүгүл негизги маанилүү тетиги да болуп калды. Ал гана эмес нанобөлүкчөлөр өздөрүнүн өзгөчө касиеттеринен улам биомедицинада, медицинада да колдонула баштады.

 

Наноөлчөм жана нанотехнология  

 

“Нано” сөзү – эл аралык СИ системасындагы бирдик, 1 нанометр 10^-9 метрге барабар. Грек тилинен которгондо “nano” абдан кичинекей дегенди билдирет. Демек, жөнөкөй тил менен айтканда нанотехнология – “наноөлчөмдөгү заттардын технологиясы”.

Наноилим жана нанотехнология сөздөрү илимий жазууларда бирдей колдонулганы менен экөө эки башка сөз экендигин белгилей кетүү абзел. Наноилим (Nanoscience) өлчөмү 1-100 нанометрге (нм) жеткен заттардын түзүлүшүн, молекулаларын окуп үйрөнүү болсо, нанотехнология ошол заттардын практикалык маанисин камсыздоочу технология.

Окурмандарга элестетүүгө мүмкүн болуусу үчүн, наноөлчөмдөгү заттардын кадимки массивдүү заттардан айырмачылыгын жаза кетели: мисалы адамдын бир тал чачынын диаметри 60 000 нм түзөт; эми 5, 10, 20 ал тургай 100 нм өлчөмдөгү заттарды элестетип көрөлүк, канчалык деңгээлде кичинекей. А заттар баарыбыз билгендей, кичирейген сайын беттик активдүүлүгү жогорулайт да жаңы касиеттери пайда болот.

 

Магниттик нанобөлүкчөлөр

 

Наноөлчөмдөгү заттар кичинекей болгондуктан колдонууга кыйла ыңгайлуу, жеңил, массивдүү заттарга салыштырмалуу абдан активдүү. Мындай касиеттери наноматериалдардын медицинада (ДНКнын радиусу = 1нм) дары дармектерди даректүү жеткирүүдө, косметологияда эффективдүү пайдаланылышын камсыздоодо.

Алардын ичинен магниттик нанобөлүкчөлөр, айрыкча темир кычкылынын нанобөлүкчөлөрү окумуштуулар тарабынан катуу кызыгууну жаратып келет; анын негизги себептеринин бири – темирдин (Fe) жер бетинде кеңири тараган металл экендиги (доступный), жер кыртышынын 4%-ын темир түзөт. Fe – биогендик элемент – адамдын организминде 4,2 граммга жакын, ал эми канда 450 мг Fe бар жана ал организмде абдан маанилүү функцияларды аткарат. Темир атомдору организмде гемоглобин формасында жайгашкан. А гемоглобин кычкылтектин организмде таралышын камсыздайт эмеспи.

Темир кычкылынын нанобөлүкчөлөрү медицинада дарыларды “даректүү” жеткирүүдө (таргетная терапия), кызыктуу магниттик касиеттеринен улам томографиялык диагностикада контрасттык агент катары колдонулуп жүрөт. Ошондой эле, магниттик темир кычкылынын нанобөлүкчөлөрүн темир жетишпеген аз кандуулукту (железодефицитная анемия) дарылоодо да пайдаланып башташты.

 

Нанобөлүкчөлөрдү алуу

 

Темир кычкылынын нанобөлүкчөлөрүн даярдоо үчүн изилдөөчүлөр улам жаңы ыкмаларды ойлоп табышууда. Нанобөлүкчөлөрдү алуу, алардын стабилдүүлүгүн камсыздоо оңой эмес. Демек, таза, стабилдүү, талапка ылайык нанобөлүкчөлөрдү жөнөкөй, экологиялык жактан коопсуз, экономикалык жактан ыңгайлуу жол менен даярдоо дагы да актуалдуу.

Биздин сунуш кылган ыкмабыз дал ушул талаптарга жооп берет, ал – суюктуктардагы импульстук плазма (СИП) методу. Плазма иондоштурулган газ, заттардын 4 агрегаттык абалынын бири болуп саналат. СИП – суюктукка матырылган эки ток өткөргүч элементтин кагылышуусунан пайда болот. Металлдардын кагылышуусу болгон жерде (локальная зона) экстремалдуу шарт түзүлөт, б.а. жогорку температура 10⁴-10⁵ Кге чейин жана басым болот. Дал ошол локалдык зонада нанобөлүкчөлөр пайда болот.

Биздин ыкма өзүнүн жөнөкөйлүгү, бир тепкичтүүлүгү жана көп зыянкеч химикаттарды талап кылбоосу менен башка ыкмалардын айырмаланып турат. Бул ыкманы пайдалануу менен көптөгөн нанобөлүкчөлөр, наноматериалдар даярдалып, изилденген. СИП ыкмасынын эксперименттик техникалык схемасы 1-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, ток булагынан, эки ток өткөргүч металл зымдарынан жана стакандагы суюктуктан турат.

Бул изилдөөдө электрод катарында тазалыгы 99,99% болгон темир зымдары, а суюктук катарында дистирленген таза суу колдонулду. Темир кычкылынын ар кандай түрлөрү болот эмеспи, таза сууда кычкылдардын түрлөрү аралашып калуусу толук мүмкүн.

Ошондуктан бир тектүү, таза магнетит (Fe₃O₄) нанобөлүкчөлөрүн алуу максатында биз беттик активдүү заттан (поверхностно-активные вещества – бул нанотехнологияда бөлүкчөлөрдүн бетинде жүргөн процесстерди башкарууда колдонулуучу химиялык заттар, алар нанобөлүкчөлөрдүн түзүлүшүн, туруктуулугун жана таркалышын көзөмөлдөөгө жардам берет) сууга коштук.

Беттик активдүү заттар суунун беттик тартылуусун азайтуу менен башка фазалар (май, газ) менен аралашуусуна жол ачып берет. Беттик активдүү заттар көбүк, эмульсия пайда кылууда кеңири колдонулат. Нанотехнологияда наноөлчөмдөгү заттардын стабилдүулүгүн жогорулатуу үчүн жана ошондой эле антисептикалык касиеттеринен улам медицинада кеңири пайдаланылган нанобөлүкчөлөрдү даярдоодо пайдаланылат. Эксперимент 30 минута жүргүзүлдү жана идиштеги суюктугубуз кара түскө боелду. Алынган кара суюктуктан үлгүнү чыпкалап бөлүп алып, кургатып, жыйынтыгында 1 граммга жакын күкүм алдык.

1-сүрөт. Суюктуктардагы импульстук плазма методунун техникалык схемасы

Алынган заттын курамын, тазалыгын жана кристаллдык түзүлүшүн аныктоонун рентген-фазалык анализи RINT-2500 HV маркасындагы дифрактометр аркылуу ишке ашты. Дифрактомтерден алынган жыйынтыктар 2-сүрөттө берилгендей, СИП жолу менен монофазалык таза магнетит алынгандыгын көрсөттү. Белгиленген чокулардын (пики) бардыгы магнетитке таандык жана №19-0629 картотекасы менен дал келет. Ошондой эле чокулардын тик болбостон жайылып, ортолорундагы боштуктун кеңейгендиги алынган нанобөлүкчөлөрдүн кичине өлчөмдө экендигинен кабар берет.

2-сүрөт. Суюктуктардагы импульстук плазма жолу менен алынган магнетит нанобөлүкчөлөрүнүн дифрактограммасы

 

Нанобөлүкчөлөрдү көрүү

 

Наноөлчөмдөгү заттарды “жылаңач” көз менен көрүү мүмкүн эмес, ал тургай лабораторияда колдонулуп жүргөн кадимки микроскоп да көрө албайт. Нанодеңгээлде анализ жүргүзүү үчүн атайын заманбап электрондук микроскоптор пайдаланылат.

Магнетит нанобөлүкчөлөрүнүн дисперстүүлүгүн, морфологиясын жана элементтик курамын аныктоо үчүн Philips Tecnai F20 S-Twin  маркасындагы чагылдыруучу электрондук микроскоп (просвечивающий электронный микроскоп) пайдаланылды.

Электрондук микроскоптун жардамы менен алынган жыйынтыктар 3-сүрөттө чагылдырылган. Диаметри 20 нмге жакын болгон жалгыз нанобөлүкчөнүн сүрөтү (сол тарапта) жана бир канча нанобөлүкчөлөрдүн алыстан тартылган микросүрөтү (оң тарапта).

Сүрөттө көрсөтүлгөндөй, СИП методу менен алынган магнетит нанобөлүкчөлөрү сферикалык формада, орточо өлчөмү 18,5 нм, агломерация же агрегацияга өтө учурабаган туруктуу нанозаттар. Алынган жыйынтыктардын негизинде магнетит атомдорунун арасындагы аралыкты эсептеп алдык, ал d= 4,44 нм көрсөттү. Магнетит фазасы (Fe₃O₄) 43% темирден жана 57% кычкылтектен турат.

Энергодисперстик спектрометр аркылуу магнетиттин элементтик курамын да аныктап алдык, жыйынтыгында биздин үлгүдөн темирге жана кычкылтекке гана таандык болгон чокуларды (рефлексияларды) көрүүгө болот. Аз санда чыккан жез жана көмүртек чокулары анализдин аппаратында үлгүлөрдү салуу үчүн колдонулган микрогрид- микроэлекчелердин рефлексиялары.

3-сүрөт. Магнетит нанобөлүкчөлөрүнүн Чагылдыруучу электрондук микроскопто (ПЭМ) көрүнүшү.

Ошентип, бул изилдөөнүн негизинде төмөнкү корутунду чыкты:

• Магнетит нанобөлүкчөлөрүн эң жөнөкөй, арзан жана коопсуз ыкма болгон – суюктуктардагы импульстук плазма жолу менен даярдоого болот;
• Магнетитти нанобөлүкчөлөрүн даярдоо үчүн дистирленген суу, таза темир зымдары жана аз санда беттик активдүү заттар гана пайдаланылды;
• Рентген-фазалык, чагылдыруучу электрондук микроскопия анализдеринин жардамы менен таза, монофазалуу, сферикалык формада жана орточо өлчөмү 20 нмге жетпеген магнетит нанбөлүкчөлөрү алынгандыгы далилденди;
• Алынган жыйынтыктардын негизинде, СИП жолу менен медицинада, диагностикада ошондой эле агрономияда пайдасы тийген магниттик темир кычкылынын нанобөлүкчөлөрүн даярдоо мүмкүн экендиги белгиленди;
• Жогорудагы кортундуларга негиз берген илимий макала автор тарабынан Scopus, WebofScienceке кирген JJAP (Japanese Journal of Applied Physics) журналына англис тилинде жарыяланган;
• Илимий макаланы бул дарек https://iopscience.iop.org/article/10.7567/JJAP.52.11NJ02 аркылуу кирип окусаңыздар болот.

Шилтеме:

1.Башкы сүрөттүн автору Наоки Сузуки (Naoki Suzuki),  unsplash.com сайтынан алынды.

2.Калган сүрөттөрдү автор сунуш кылды.