Наукоемкие технологии и материалы

генерации данных, и после отключения питания сохраняет свое содержимое. Кроме того, энергопотребление кристаллов отличается крайне малой величиной, а считывание и запись данных ведется со скоростью интерфейса шины. Сегнетоэлектрическая память нечувствительна к магнитным полям и Х-излучению. Конструктивное исполнение FRAM-устройств делает их нечувствительными к реальным внешним электрическим полям.

Вотличие от устройств памяти, реализованных на основе плавающего затвора, устройства FRAM не требуют подачи повышенного напряжения для записи в ячейку. Комбинация длительных циклов записи и высокого напряжения является причиной того, что память на основе плавающего затвора очень энергоемка. Особенности и достоинства FRAM можно охарактеризовать так:

быстрая запись; высокий ресурс по количеству циклов записи;

низкая потребляемая мощность .

Уже сегодня имеется ряд областей применения, использующих

вполной мере преимущества FRAM и, очевидно, что по мере повышения емкости устройств FRAM будут появляться новые области их применения.

Внастоящее время большинство используемых в промышленности пьезоэлектрических материалов базируется на оксидах со структурой перовскита и, прежде всего, на твердых растворах

Pb(Zr,Ti)O3 (PZT). Однако экологические проблемы, связанные с использованием свинца в пьезоэлектриках широкого применения, требуют активного поиска и исследований новых химических соединений для замены PZT и перехода на бессвинцовые материалы.

Целью данной работы является разработка элемента памяти на основе новых бессвинцовых сегнетоэлектрических материалов BiLiWO и BiLiSbO. Приготовление этих составов происходит в рамках стандартной керамической технологии. Полученные лабораторные образцы отражают принадлежность к структуре перовскита и могут быть использованы в качестве основы для разработки элемента сегнетоэлектрической памяти.

161

УДК 66.017

ТЕСТ-СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ВОЗДУХА НА ОСНОВЕ НАНОПОРИСТОГО ОКСИДА АЛЮМИНИЯ

Битюцких М.Ю., Пашкова В.А.

Воронежский государственный технический университет

E-mail: mssila@yandex.ru

Актуальной эколого-аналитической задачей является создание малогабаритных и недорогих устройств сенсорного типа для экспрессного определения токсикантов в газовых и жидких средах. Минимум пробоподготовки или ее полное отсутствие, быстрота получения аналитической информации, нетребовательность к квалификации работника делает разработку таких устройств одним из наиболее перспективных направлений экологического контроля.

Известны селективные тест-системы на основе полупроводниковых, термокаталитических элементов, а также устройств, реализующих принципы супрамолекулярной химии, золь-гель метода и тд., однако, их недостатками является сложность формирования чувствительных слоев, необходимость стабилизаторов, невозможность работы в присутствии агрессивных сред. Альтернативный подход в разработке тест-систем связан с формированием ультрадисперсных подложек, обеспечивающих их высокую емкость, и прочное адсорбционное закрепление регентов.

Цель работы – разработка тест-полосок на основе модифицированного нанопористого оксида алюминия (ПОА) для определения кислотообразующих веществ в газовой фазе, а также изучение альтернативных возможностей аналитического применения полученных матриц.

Для колориметрического определения токсикантов в воздухе использовали тест-полоски на основе ПОА со средним размером пор 50 нм, синтезированных по методике двухстадийного окисления из раствора сульфосалициловой кислоты (Ск-ты = 0,6 моль/дм3) при времени электролиза 30 минут. Для модификации матрицы ПОА использовали смеси кислотно-основных индикаторов: метилоранжа (А) с бромтимоловым синим (Б), (А) с бромфеноловым синим (В), (А) с индигокармином (Г), тимолфталеина (Д) и фенолфталеина (Е), а также смесь Г, А с Д, Е. Выбор модификаторов связан с их присутствием в растворах большинства смешанных индикаторов (смесь Вант-Урка, Чута, Лангера), а также тради-

162

ционным применением для качественного определения газов, влияющих на содержание кислотно-основных веществ в воздухе.

Фотография скола немодифицированной матрицы ПОА, полученной в оптимальных условиях синтеза.

Установлено, что только импрегнирование матрицы смесью (А) с (Б) вызывает обратимый переход окраски с золотистой в голубую (при сорбции аммиака и др. основных газов) и в кирпичнокрасную (при сорбции кислотных) практически мгновенно. Такой эффект объясняется образованием ионных ассоциатов, реагирующих с аналитами по типу ионного обмена, при этом ПОА выполняет роль носителя. На спектрах поглощения растворов исходных и смешанных индикаторов зафиксировано смещение максимума светопоглощения смешанного раствора в коротковолновую область и отклонение от закона аддитивности: λмах (А) = 465 нм, λмах (Б) = 430 нм, λмах (А с Б) = 450 нм. Тест-полоски на основе ПОА позволяют проводить до 100 циклов сорбция-десорбция в газовой фазе без потери в чувствительности, показана возможность их градуировки с использованием сканер-технологий в системе RGB света.

При использовании модифицированного ПОА в жидкостях, установлено изменение рК некоторых индикаторов после их импрегнирования в матрицу (батохромные и гипсохромные сдвиги), что позволило рекомендовать разработанные тест-полоски в качестве оптических сенсоров.

Модифицирование ПОА жирными кислотами показало возможность использования тест-полосок для сорбционного концен-

трирования таких металлов как: Fe(III), Cu(II), Co(II), Ni(II), Zn(II), Pb(II) и др. из жидких сред, а также их разделения из смесей по типу тонкослойной хроматографии.

163

УДК 66.098

ХИМИЧЕСКАЯ И БИОХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ЛАКТОЗЫ В ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УГЛЕВОДЫ

Горбунова Е.М., Ковырялова Е.А., Ширунов М.О.

Воронежская государственная технологическая академия

E-mail: plu-plush@rambler.ru

Большое научное и практическое значение в качестве источника для получения фукозы и тагатозы имеет маловостребованный ресурс молочной отрасли – сыворотка, уровень промышленной переработки которой не превышает 30%. Основным компонентом сухих веществ сыворотки является лактоза, еѐ физико-химические и биотехнологические свойства позволяют рассматривать этот углевод в качестве потенциального источника фукозы и тагатозы.

Целью работы является химическая и биохимическая трансформация лактосодержащего сырья в функциональные углеводы тагатозу и фукозу. Исследования по биохимической и физикохимической трансформации лактозы в моносахариды тагатозу и фукозу, для создания на его основе добавок, обладающих пребиотическим и иммунотропным действием, является весьма актуальной задачей. К наиболее перспективным производным лактозы относится моносахарид тагатоза, характеризующийся функциональными свойствами.

По химическому строению D-тагатоза представляет собой кетогексозу, которая отличается от D-фруктозы только заместителями у С4-го атома. Вкусовой профиль тагатозы максимально приближен к сахарозе и фруктозе. Ее сладость составляет около 0,92

ед. SES (Sweetness Equivalency of Saccharose). Кроме того, тагатоза характеризуется низкой калорийностью – 1,5 ккал/г, с низким гликемическим индексом и следующими механизмами позитивного действия. В настоящее время нами разработана нанобиотехнология по производству тагатозосодержащего углеводного комплекса. Технология заключается в пастеризации, ультрафильтрации, обратноосмотическом концентрировании и ферментативном гидролизе основного компонента сыворотки лактозы под действием β- галактозидазы (Lactozym 3000L HP-G). Изомеризацию D-галактозы в гидролизованном обратноосмотическом концентрате проводили в присутствии 25%-ного раствора гидроксида кальция (катализатор хлорид кальция) в течение 2 ч. В результате действия ионов каль-

164

ция на молекулу D-галактозы происходит перегруппировка монозы и образование комплекса D-галактоза∙Са, который переходит в D- тагатоза∙Са. Образовавшийся комплекс нейтрализовали углекислым газом значения рН 6,7. Удалением карбоната кальция получали тагатозу.

Из минорных углеводов особую важность и актуальность представляет L-фукоза. С химической точки зрения - это метилпентоза, моносахарид из группы дезоксигексоз. В природе фукоза встречается как в свободном, так и в связанном состояниях. Фукоза характеризуется низкой калорийностью – 1,6 ккал/г. В свободном виде является компонентом биополимеров, участвующих в формировании структур для осуществления биологических функций, стимулирует рост полезной микрофлоры кишечника, замедляет развитие опухолевых клеток кишечника и характеризуется следующими эффектами физиологического воздействия.

До настоящего времени в качестве основного сырьевого источника для получения фукозы применяли полисахарид фукоидан, содержащихся в бурых водорослях и фукусе. Нами предложен принципиально новый подход получения фукозы из лактозосодержащего сырья, в частности молочной сыворотки, который предусматривает трансформацию D-галактозы в фуцитол и ферментативную изомеризацию последнего в L-фукозу.

165

Заключение

Наличие в России полного цикла научно-производственной деятельности, от фундаментальной науки до промышленной реализации, дает стране неплохие шансы на продвижение в число влиятельных центров научно-технического развития. Сейчас в России множество неиспользуемых изобретений. Не исключено, что некоторые из этих технологий со временем будут востребованы, но большинство устареет уже через несколько лет – ученые из других стран придумают им аналоги. В сложившихся условиях Россия может выступить в качестве технологического партнера для таких мировых индустриальных центров, как Китай и страны ЮВА. По приведенным соображениям инновационная стратегия России должна направляться на формирование позиции одного из мировых научных центров, а не на то, чтобы страна стала одной из «фабрик» мирового высокотехнологичного производства.

166

Научное издание

НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛЫ

(НТМ-2010)

Труды региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых

(г. Воронеж 1-2 декабря 2010 г.)

В авторской редакции

Компьютерный набор Д.Б. Дейч

Подписано к изданию 16.12.2010 Объем данных 2 698 Кб

ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»

394026 Воронеж, Московский просп., 14

167