Получение, изучение свойств и механизма образования регулярных структур фуллеренов и их производных на границе жидкость – газ представляет фундаментальную научную задачу, на решение которой направлен данный проект. Эта проблема связана с более общей фундаментальной задачей самоорганизации наночастиц на границе между двумя флюидными фазами.
Сформулированная фундаментальная задача имеет несколько важных прикладных аспектов. Так, например, уникальные свойства фуллеренов делают возможным их использование в фотоэлектрических устройствах для солнечных батарей. В этом случае в качестве основного этапа создания таких устройств обычно рассматривается формирование регулярных пленок, содержащих фуллерены, на водной поверхности с последующим их переносом на твердую подложку по методу Ленгмюра – Блоджетт. Однако чистые фуллерены не образуют однородных пленок на поверхности воды из-за склонности к трехмерной агрегации, приводящей к флуктуациям толщины пленки при перемещении вдоль поверхности и к неустойчивости таких пленок по отношению к внешним механическим воздействиям. Поэтому для этих целей используются пленки производных фуллеренов, содержащих гидрофильные группы, и определение условий, приводящих к формированию однородных пленок производных фуллеренов, представляет практически важную задачу.
Упорядоченные двумерные структуры фуллеренов используются также в биотехнологии и медицинской химии, например, для контроля над ростом клеток и их дифференциации. При этом для создания таких структур также используется метод Ленгмюра – Блоджетт переноса пленок с водной поверхности. Взаимодействие фуллеренов с легочными ПАВ на водной поверхности позволяет оценить их воздействие на респираторную систему.
В настоящее время основные медицинские применения водорастворимых производных фуллеренов заключаются в подавлении образования активных форм кислорода в клетках, в защите клеток от воздействия токсичных веществ, радиационной защите, подавлении роста опухолей и в направленной доставке лекарственных средств в живом организме. Во всех этих случаях важной стадией, определяющей эффективность использования производных фуллеренов, оказывается их взаимодействие с клеточными мембранами. Однако биофизические исследования проникновения наночастиц через клеточные мембраны и их влияния на свойства мембран только начинают развиваться. Хотя хорошо известно, что адсорбционные или нанесенные пленки на водной поверхности могут быть использованы для физического моделирования процессов в мембранах, насколько известно из литературы, такие системы до сих пор не использовались в медицинской химии. Более того, до настоящего времени опубликовано только несколько работ по поверхностным свойствам растворов амфифильных производных фуллеренов.
Физико-химическая задача исследования образования, структуры и свойств адсорбционных и нанесенных пленок, содержащих фуллерены и их производные, на водной поверхности оказывается также тесно связанной и с задачей описания взаимодействия фуллеренов и биомакромолекул на молекулярном уровне. Относительно медленный прогресс в понимании влияния фуллеренов на третичную структуру белков во многом связан с использованием для этих целей только косвенных методов. Инфракрасная спектроскопия, круговой дихроизм и другие спектральные методы позволяют получить информацию в основном только о вторичной структуре белков. В то же время работы авторов данного проекта показали, что применение кинетических методов к адсорбционным пленкам белков и их комплексов с ПАВ различной молекулярной массы позволяет сделать выводы и о конформационных переходах в этих системах.