Сквозные нанопористые структуры из оксида алюминия для информационных технологий мембранной биологии

Искусственно созданные плоские бислойные липидные мембраны (БЛМ) представляют собой универсальную платформу как для изучения функций различных биологических мембран[1-4], так и для разработки биосенсоров [5]. Одним из перспективных направлений решения проблемы формирования плоских БЛМ является использование калиброванных отверстий в гидрофобных материалах типа фторопласта [4]. Однако данный метод достаточно трудоемок в выборе режимов и условий формирования мембран, требует определенной квалификации проведения исследований на сформированной мембране и во многих случаях ограничен временем жизни сформированных мембран. По этой причине в мире ведется интенсивный поиск методов, позволяющих повысить время жизни сформированной мембраны [7,8], которые откроют значительно более широкие функциональные возможности данной платформы в области изучения функций биологических мембран и при создании биосенсоров. Исследование упругих и неупругих характеристик неравновесных кристаллов с различным типом химической связи (ковалентных, металлических, ионных), показало наличие существенного температураного и амплитудного гистерезиса эффективного (динамического) модуля сдвига (Gef) и внутреннего трения (ВТ) [1,2]. Если кристаллы претерпевали полиморфные превращения или распад пересыщенных твердых растворов, были облученны высокоэнергетическими частицами или находились под воздействием внешних полей, способствующих структурным превращениям, то в спектрах поглощения упругой энергии, а также в поведении эффективных модулей упругости наблюдали существенное несовпадение исследуемых величин, измеряемых при нагревании и охлаждении материала. При этом обнаруживали гистерзисы разных типов: прямой и обратный, обратимый и необратимый, в зависимости от типа и характера структурных превращений, происходящих в кристалле. Для изучения природы обнаруженых гистерезисов мы использовали методику температурно-кинетических срезов ВТ и Gef, показавшую высокую чувствительность к изменениям в структуре на атомном уровне, что особенно важно при низких температурах, когда подвижность атомов вещества существенно ограничена. Анализ кинетических зависимостей проводили в рамках известных кинетических моделей Хема, Аврами, Курдюмова [3].

Результаты исследования вкратце можно свести к следующему:

· Изучение кинетики низкочастотного ВТ и Gef в монокристаллах кремния, выращенного по методу Чохральского, при различных температурах в интервале 100 – 400о С позволило установить, что процесс распада пересыщенного твердого раствора кислорода в кремнии протекает даже при таких низких для кремния температурах, причем до 270 оС новая фаза выделяется в виде пленок, а при повышении температуры выдержек до 400оС, выделения становятся дископодобными, о чем свидетельствует величина показателя степени n в модели Хема. (см. рис.1).

· Для подтверждения правильности подобных выводов, нами были проведены рентгедифракционные исследования состаренных кристаллов кремния.Изучали поведение кривых дифракционного отражения и анализировали полную интегральную отражающую способность (ПИОС) рентгеновских лучей на кристаллах состаренного монокристаллического Cz-кремния. Моделированне ПИОС в приближении трех доминирующих типов дефектов (дископодобных преципитатов, дислокационных петель и мелких сферических преципитатов кислорода, являющихся генетическими дефектами для Cz-Si) позволило нам получить неплохое (расходжение не превышало 1 %) совпадение расчетных и экспериментальных кривых.

· Анализ кинетических зависимостей позволил установить также, что рост кислородных преципитатов в кристаллах кремния при низких температурах приводит к инверсии температурного гистерезиса Gef – он из обратного, при котором кривые нагревания проходили ниже кривых охладжения, превращается в прямой гистерезис модуля, характерный для фазовых превращений первого рода. Этот экспериментальный факт позволяет предположить, что обратный гистерезис в монокристаллах кремния инициируется напряжениями, возникающими в решетке кремния за счет областей с повышенной концентрацией кислорода, генетически присущих этому материалу. Выпадение кислородных преципитатов приводит к понижению уровня напряжений в кристалле как за счет появления обособленных границ раздела, так и за счет образования дислокационных петель, что и приводит, по-видимому, к инверсии динамического модуля сдвига.