Пленки производных фуллерена С60 и его смеси с дифильными веществами на границе жидкость - газ: 2020 г. этап 2

Проект: исполнение гранта/договораисполнение этапа гранта/договора

Сведения о проекте

описание

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.

описание для неспециалистов

Проект посвящен определению свойств, структуры и механизма формирования адсорбционных и нанесенных пленок водорастворимых производных фуллеренов, а также смесей фуллеренов с амфифильными высокомолекулярными соединениями. Хотя проект носит в основном фундаментальный характер, он тесно связан со многими задачами применения фуллеренов в технике и медицине. В ряде технических задач, например, при создании оптоэлектронных устройств на основе фуллеренов требуется получить их регулярные пленки. В этом случае первый этап заключается в формировании таких пленок на поверхности жидкости. В медицине обычно используются водорастворимые производные фуллеренов, проникающие через клеточные мембраны, и эффективность их применения во многом определяется поверхностными (межфазными) свойствами водных систем. До недавнего времени информация о свойствах адсорбционных пленок производных фуллеренов на границе раствор – газ практически отсутствовала. В то же время недавно опубликованная работа (Noskov B.A. et al. Colloids Surf A 529(2017)1) по поверхностным свойствам растворов производных фуллерена С60 с лизином и аргинином показала, что подходы и методы, разработанные авторами проекта для изучения формирования пленок наночастиц, могут быть применены и к пленкам производных фуллеренов. В данном проекте эти подходы и методы планируются применить к растворам фуллеренолов, карбоксифуллеренов, комплексов фуллеренов с амфифильными макромолекулами, т.е. к системам, объемные свойства которых многократно изучались, а также к поверхностным пленкам смеси фуллеренов с глобулярными белками. Планируется определить области параметров, соответствующие наибольшей поверхностной активности производных фуллеренов, образованию устойчивых поверхностных пленок с наибольшей поверхностной упругостью, а также определить влияние фуллеренов и фуллеренолов на образование агрегатов в поверхностном слое и разрушение третичной структуры белков.
Короткий заголовокРФФИ_а
АкронимRFBR_topic_2018 - 2
СтатусАктивный
Действительная дата начала/окончания14/02/209/02/21

Ключевые слова

  • самоорганизации наночастиц
  • фуллерены
  • водорастворимые производные фуллеренов
  • поверхностное натяжение
  • динамическая поверхностная упругость
  • нанесенные пленки
  • взаимодействие фуллерен - белок
  • граница вода - воздух