Анотація до роботи:

Сторожук Л.П. Синтез та властивості поліфункціональних магніточутливих нанокомпозитів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 01.04.18 – фізика і хімія поверхні. – Інститут хімії поверхні НАН України, Київ, 2007.

Дисертацію присвячено розробці наукових основ хімічного конструювання багаторівневих магніточутливих поліфункціональних нанокомпозитів та дослідженню їх фізико-хімічних властивостей.

Одержано нанорозмірний магнетит з площею питомої поверхні S_пит.=90-180 м²/г. Вперше розроблено методику модифікації поверхні нанорозмірного магнетиту поліакриламідом в плазмі ВЧ-розряду; проведено хімічну модифікацію поверхні нанорозмірного магнетиту -амінопропілтриетоксисиланом, діоксидами титану та кремнію. Комплексом фізико-хімічних методів досліджено структуру та властивості одержаних нанокомпозитів. Показано, що модифікація поверхні приводить до покращення сорбційних, міцнісних та термостабільних характеристик нанокомпозитів в порівнянні з вихідним магнетитом.

Проведено вибір перспективних хімічних речовин для іммобілізації на поверхні нанокомпозитів з метою застосування в медицині та біології та здійснено практичну апробацію отриманих результатів шляхом дослідження взаємодії в системі нанокомпозит-біологічний об’єкт.

1. Встановлено умови одержання нанорозмірного магнетиту з розміром частинок 30-50 нм і S_пит = 90-180 м²/г.

2. З метою створення адсорбентів великої ємності проведено модифікацію поверхні нанорозмірного магнетиту -амінопропілтриетоксисиланом. Встановлено, що концентрація ОН-груп на поверхні наночастинок магнетиту складає 24 мкмоль/м² при S_пит = 90 м²/г. Методами ІЧ-Фур’є спектроскопії та термічного аналізу вивчено функціональний склад модифікованої поверхні. Встановлено, що концентрація -O-(CH₂)₃NH₂ груп складає 27 мкмоль/м², що задовільно узгоджується з концентрацією гідроксильних груп на поверхні магнетиту.

3. Із застосуванням експериментальних даних і методів квантової хімії визначено довжини хімічних зв’язків _(=Fe-O-) = 0,17334 нм у кластері вихідного магнетиту і _(-O-Si) = 0,16836 нм в молекулі -АПТЕС. Оцінено вплив на довжини відповідних зв’язків оточення у кластері магнетиту з ковалентно прищепленою -амінопропілсилоксановою групою. Послаблення зв’язку (=Fe-O-) _(=Fe-O-) = 0,17711 нм і посилення зв’язку (-O-Si) _(-O-Si) = 0,16132 нм зумовлено сильнішим перекриванням електронних оболонок атомів О та Si, порівняно з вихідною молекулою -АПТЕС. Показано, що відстань між найближчими сусідніми (=Fe-OH) групами становить 0,594 , одна (=Fe-OH) група займає площу 0,352 нм², тобто 77 % поверхневих атомів заліза перебувають в гідроксильованому стані. Концентрація (=Fe-OH) груп становить 28,4 мкмоль/м², що узгоджується з даними ДТА.

4. Оптимізовано умови одержання нанокомпозитів Fe₃O₄-SiO₂ і Fe₃O₄-ТіО₂ золь-гель методом. Встановлено, що мінімальна товщина шару, що перешкоджає окисленню частинок магнетиту, забезпечується модифікуванням з розрахунку 0,15-0,18 г SiO₂ на 1 г магнетиту. Показано, що модифікування поверхні частинок Fe₃O₄ шаром SiO₂ і ТіО₂ сприяє підвищенню термостабільності нанокомпозитів.

5. Розроблено магніточутливі нанокомпозити Fe₃O₄-ТіО₂ методом молекулярного нашарування для одержання кристалічної фази анатазу на поверхні з метою використання для деконтамінації вірусів різної етіології. Показано, що при пошаровому нанесенні діоксиду титану структура, характерна анатазу, з’являється тоді, коли на поверхні магнетиту є чотири атоми титану, чого достатньо для утворення елементарної комірки ТіО₂. Встановлено оптимальну температуру відпалювання зразків (Т=460 С), яка призводить до виникнення кластерів фази анатазу вже при нанесенні першого шару покриття.

6. Розроблено оригінальну методику модифікації поверхні нанорозмірного магнетиту поліакриламідом, в якій ініціатором полімеризації виступає енергія плазми ВЧ розряду. Для створення магніточутливого носія цитотоксичного лікарського засобу встановлено оптимальні умови адсорбції цис-диамінодихлорплатини на поверхні нанокомпозиту.

7. Досліджено процеси взаємодії біофункціоналізованих магніточутливих нанокомпозитів в ультрадисперсних системах, що містять біологічні об’єкти. Встановлено, що використання магнітокерованих носіїв лікарських засобів дозволяє підвищити цитотоксичний ефект комплексних сполук платини (ІІ) в клітинному середовищі. Вивчено взаємодію високодисперсних оксидів з оболонковими вірусами ВВС (штам Індіана). Встановлено, що повна деконтамінація вірусу спостерігалась при використанні зразків магнетиту і анатазу.

В дисертаційній роботі науково обґрунтовано хімічні процеси синтезу, отримані дослідні зразки, вивчено фізико-хімічні властивості та окреслено галузі застосування магніточутливих нанокомпозитів з ієрархічною архітектурою. Такі нанокомпозити здатні до розпізнавання мікробіологічних об’єктів, магнітокерованого транспорту лікарських препаратів з метою діагностики і терапії (зокрема, на клітинному рівні), а також до адсорбції і керованого видалення продуктів клітинного розпаду під дією зовнішнього магнітного поля. Такого типу наносистеми можуть виконувати функції нанороботів першого покоління і можуть бути застосовані, зокрема, в медицині і біології.

Основні результати дисертації викладені в наступних публікаціях:

1. П.П. Горбик, І.В. Дубровін, А.Л. Петрановська, О.М. Федоренко, Л.П. Сторожук В.Ф. Чехун, О.О. Чуйко. Магніточутливий носій лікарських препаратів на основі ультрадисперсних магнетит - поліакриламідних частинок // Доповіді НАН України. – 2005. - № 4. – С 224-228.

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит, проведено модифікацію поверхні магнетиту поліакриламідом та адсорбцію цис-платини на його поверхню, знято ІЧ-спектри.

2. А.Л. Петрановська, О.М. Федоренко, П.П. Горбик, Л.П. Сторожук, О.О. Чуйко, В.Ф. Чехун. Динаміка виходу лікарського препарату цитостатичної дії „Платидіам” з поверхні магнітокерованого нанокомпозиту // Медична хімія. – 2005. – 7, №2. – С. 75-78.

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит з поліакриламідним покриттям, взято участь в проведенні адсорбції платидіаму та вивченні динаміки його виходу.

3. А.Л. Петрановська, О.М. Федоренко, П.П. Горбик, О.О. Чуйко, В.Ф. Чехун, І.В. Дубровін, Л.С. Семко, Л.П. Сторожук, М.В. Абрамов, С.Л. Рево. Розробка та властивості магніточутливих нанокомпозитів для спрямованого транспорту лікарських засобів // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2005. – т.3, вип. 3. – С. 817-823.

Здобувачем було одержано нанорозмірний магнетит з поліакриламідним покриттям, взято участь у створенні магнітокерованого носія лікарських засобів та вимірюванні магнітних властивостей одержаних нанокомпозитів.

4. А.Л. Петрановська, О.М. Федоренко, Л.П. Сторожук, П.П. Горбик, О.О. Чуйко, Л.С. Дзюбенко, О.І. Оранська. Модифікування наночастинок магнетиту -амінопропілтриетоксисиланом рідинно-фазовим методом // Доповіді НАН України. – 2006. - №1. – С. 157-162.

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит, взято участь в модифікуванні поверхні -АПТЕС, знято ІЧ-спектри одержаних нанокомпозитів, інтерпретовано результати досліджень ДТА та ДТГ.

5. П.П. Горбик, А.Л. Петрановська, Л.П. Сторожук, І.В. Дубровін, Л.С. Семко, В.Ф. Чехун. Медико-біологічні нанокомпозити на основі магнетиту: синтез, модифікація, функціоналізація поверхні для застосування in vitro // Хімія, фізика та технологія поверхні: Міжвід. Зб. Наук. Пр./Ін-т хімії поверхні НАН України;.- К.:Наукова думка, 2006.- Вип. 11-12. С 374-397.

Здобувачем одержано нанокомпозити та взято участь у дослідженнях його комплексом фізико-хімічних методів та методів in vitro.

6. P.P. Gorbik, L.P. Storozhuk, O.O. Chuiko, L.Yu. Vergun, V.F. Chekhun. Magnetically sensitive nanocomposites for medical and biological applications // Surface chemistry and nanomaterials in biomedical and environmental science: ІІ Mathematics, Physics and Chemistry: - NATO Science Series, 2006. – Vol. 228. – P. 299-306.

Здобувачем одержано вихідний магнетит та нанокомпозити на його основі, проведено адсорбцію платидіаму, взято участь в проведенні експерименту in vitro.

7. Л.Ю. Вергун, П.П. Горбик, Є.П. Трохименко, Л.М. Ісакова, Л.П. Сторожук, О.О. Чуйко. Адсорбция оболочечных вирусов высокодисперсными оксидами // Доповіді НАН України. – 2006. - №10. – С. 140-145.

Здобувачем одержано нанокомпозити для вірусної деконтамінації плазми крові; взято участь в інтерпретації результатів та їх обговоренні.

8. А.П. Шпак, , А.Л. Петрановська, П.П. Горбик, О.І. Оранська, Л.П. Сторожук, Л.Ю. Вергун, О.М. Кордубан. Одержання магніточутливих нанокомпозитів Fe₃O₄-ТіО₂ методою рідиннофазного молекулярного нашарування // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології. – 2006. - т.4, вип. 3. – С. 623-632.

Здобувачем одержано нанокомпозити магнетит-діоксид титану, знято ІЧ-спектри, взято участь у РФЕС-дослідженнях зразків.

9. Л.С. Семко, П.П. Горбик, О.О. Чуйко, Л.П. Сторожук, І.В. Дубровін, О.І. Оранська, С.Л. Рево. Модифікування магнетиту діоксидом титану та властивості одержаних нанокомпозитів // Доповіді НАН України. – 2007. - №2. – С. 150-157.

Здобувачем проведено синтез нанокомпозитів магнетит-ТіО₂ і взято участь у фізико-хімічних дослідженнях одержаних зразків та інтерпретації результатів.

10. Л.С. Семко, П.П. Горбик, Л.П. Сторожук, І.В. Дубровін, О.О. Чуйко, О.І. Оранська, О.І. Скрипка. Синтез та властивості нанокомпозитів на основі магнетиту, модифікованого оксидом кремнію // Доповіді НАН України. – 2007. - №4. – С.

Здобувачем одержано нанокомпозити магнетит-діоксид кремнію і взято участь у дослідженнях одержаних зразків та інтерпретації результатів.

11. Л.П. Сторожук, А.Л. Петрановська, М.В. Абрамов. Синтез і властивості магнітокерованих носіїв лікарських засобів // Міжнародна школа-семінар для молодих вчених “Наноматеріали в хімії і біології”, Київ. – 2004 – C. 114; Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит, біосумісну магнітну рідину на його основі, взято участь у модифікуванні поверхні магнетиту поліакриламідом та іммобілізації цитостатика.

12. П.П. Горбик, І.В. Дубровін, О.М. Федоренко, А.Л. Петрановська, Л.П. Сторожук, В.Ф. Чехун, О.О. Чуйко. Нанокомпозити на основі Fe₃O₄ для транспорту лікарських препаратів // Друга Українська наукова конференція з фізики напівпровідників, Чернівці. - 2004. – C. 257-258;

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит та нанокомпозитів на його основі, взято участь в проведенні та обговоренні фізичних властивостей одержаних нанокомпозитів.

13. Н.В. Абрамов, П.П. Горбик, И.В. Дубровин, О.М. Федоренко, А.Л. Петрановская, Л.П. Сторожук, В.Ф. Чехун, А.А. Чуйко. Синтез наноразмерного магнетита для направленного транспорта медицинских препаратов // IV Международная конференция “Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологий”, Санкт-Петербург, 2004. – C. 123-124;

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит з поліакриламідним покриттям. Взято участь у проведенні фізичних досліджень одержаних зразків та обговоренні результатів.

14. А.Л. Петрановська, О.М. Федоренко, П.П. Горбик, О.О. Чуйко, В.Ф. Чехун, І.В. Дубровін, Л.С. Семко, Л.П. Сторожук, М.В. Абрамов, С.Л. Рево. Розробка та властивості магніточутливих нанокомпозитів для спрямованого транспорту лікарських засобів // NANSYS, Київ, жовтень, 2004. – С. 15;

Здобувачем було одержано нанорозмірний магнетит та досліджено кінетику полімеризації магнетит-поліакриламідних частинок з різним вмістом акриламіду і зшиваючого реагенту.

15. П.П. Горбик, А.Л. Петрановська, Л.П. Сторожук, М.Ю. Тарасюк, О.О. Чуйко. Нанокомпозити для магнітного транспорту лікарських препаратів // Х Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок, Івано-Франківськ, травень, 2005. – C. 64.

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит та взято участь у модифікації його поверхні -АПТЕС. Знято ІЧ-спектри одержаних нанокомпозитів.

16. Storozhuk L.P., Petranovskaya А.L., Gorbyk P.P., Chuiko A.A., Chehun V.F. Development of nanocomposites for the directed transport of medical products // the 1^st Ukraine-Korea Seminar on Nanophotonics and Nanophysics. - 2005.-Kiev. -Р. 18;

Здобувачем одержано нанокомпозит на основі магнетиту з поліакриламідним покриттям. Проведено адсорбцію на його поверхні платидіаму.

17. Горбик П.П., Вергун Л.Ю., Чуйко О.О., Трохименко Є.П., Дзюблик І.В., Сторожук Л.П., Ісакова Л.М., Настенко Є.П., Тимченко А.С. Розробка магнітокерованих адсорбентів для вірусної декантомінації плазми крові // Х Міжнародна конференція з фізики і технології тонких плівок, Івано-Франківськ, травень, 2005. – C. 41-42.

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит для вірусної інактивації плазми донорської крові та взято участь в обговоренні одержаних результатів.

18. Тарасюк М.Ю., Сторожук Л.П., Горбик П.П. Розробка методики модифікації поверхні магнітокерованих носіїв поліакриламідом // VІІ Міжнародна науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених „Екологія. Людина. Суспільство”, Київ, 2005. – C. 136;

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит та взято участь у модифікації поверхні магнетиту поліакриламідом.

19. Semko L.S., Gorbik P.P., Storozhuk L.P., Dubrovin I.V., Chuiko A.A. Magnet controllable magnetite – dextran nanoparticles // Abstracts of International Conf. "Functional Materials". – 2005. – Ukraine, Crimea, Partenit, 2005. – P. 273 .

Здобувачем одержано нанокомпозити магнетит-декстран. Взято участь у фізико-хімічних дослідженнях одержаних зразків.

20. Семко Л.С., Горбик П.П., Сторожук Л.П., Дубровин И.В., Чуйко А.А., Рево С.Л. Синтез и свойства нанокомпозитов на основе магнетита и полимеров // Международная конференция „Современное материаловедение: достижения и проблемы”, Киев, 2005. - С. 693-694.

Здобувачем одержано нанокомпозити на основі магнетиту і біосумісних полімерів. Знято ІЧ-спектри одержаних зразків.

21. Semko L.S., Gorbik P.P., Storozhuk L.P., Dzyubenko L.S., Dubrovin I.V., Oranskaya E.I., Chuiko A.A. Nanocomposites based on the magnetite modified by silica // conference “Nanomaterials in Chemistry, Biology and Medicine”, Kyiv, 2005. – P. 120.

Здобувачем було одержано нанорозмірний магнетит та нанокомпозити магнетит-діоксид кремнію. Взято участь у дослідженні зразків термогравіметричним методом та обговоренні одержаних результатів.

22. Semko L.S., Gorbik P.P., Storozhuk L.P., Dzyubenko L.S., Dubrovin I.V., Oranskaya E.I., Chuiko A.A, Revo S.L. Nanocomposites based on the magnetite and polymers // conference “Nanomaterials in Chemistry, Biology and Medicine”, Kyiv, 2005. – P. 155.

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит та біосумісні нанокомпозити. Взято участь у розробці нанокапсулювання магнітних носіїв лікарських засобів. Знято ІЧ-спектри одержаних зразків та взято участь у вимірюванні їх магнітних властивостей.

23. П.П. Горбик, Л.П. Сторожук, О.О. Чуйко. Високодисперсний магнетит як основа створення новітніх магнітокерованих лікарських засобів // Матеріали VІ національного з’їзду фармацевтів України „Досягнення та перспективи розвитку фармацевтичної галузі України”, Харків, 2005. – C. 74-75.

Здобувачем взято участь у розробці методики одержання нанокомпозитів двох типів: терапевтичної та фізіотерапевтичної дії.

24. Сторожук Л.П., Горбик П.П., Петрановська А.Л., Семко Л.С. Структурні перетворення в нанокомпозитах на основі магнетиту // Друга Міжнародна науково-практична конференція “Структурна релаксація у твердих тілах“, Вінниця, 2006. -

С. 204-206.

Здобувачем одержано нанокомпозити на основі магнетиту. Взято участь у дослідженні одержаних зразків комплексом фізико-хімічних методів та обговоренні одержаних результатів.

25. Сторожук Л.П., Семко Л.С., Горбик П.П., Дзюбенко Л.С., Дубровін І.В., Оранська О.І. Перетворення тетраетоксисилану в SiO₂ на поверхні магнетиту // Всеукраїнська конференція молодих вчених „Наноматеріали в хімії, біології та медицині”. – Київ, 2006. – С. 52-53.

Здобувачем одержано нанокомпозити магнетиту- діоксид кремнію. Взято участь у інтерпретації одержаних результатів.

26. P.P. Gorbik, L.S. Semko, L.P. Storozhuk, A.L. Petranovskaya, L.Yu. Vergun, V.F. Chekhun. Magnetosensitive nanocomposites for medicobiologycal applications // internetional Meeting „Clusters and nanostructured materials”. – 2006. – Uzhgorod. – Р. 340-341.

Здобувачем одержано нанокомпозити на основі магнетиту, взято участь у дослідженні зразків фізико-хімічними методами та інтерпретації результатів.

27. Storozhuk L.P., Petranovskaya А.L., Semko L.S., Gorbik P.P. Nanocomposites based on the magnetite modified by inorganic oxides // Nanobiotechnology – Current State and Future Prospects for Cooperation – Ukrainian-German Symposium. – December 14–16. – 2006, Kyiv, Ukraine.

Здобувачем одержано нанокомпозити на основі магнетиту і оксидів кремнію, титану та алюмінію.

28. P.P. Gorbik, V.V. Turov, L.S. Semko, L.P. Storozhuk, A.L. Petranovs’ka, L.Yu. Vergun, V.F. Chekhun. Magnetosensitive nanostructures for applications in medicine and biology // the 2^st Ukraine-Korea Seminar on Nanophotonics and Nanophysics. – 2006. – Korea. – Р. 18-21.

Здобувачем одержано біосумісні нанокомпозити, інтерпретовано одержані результати досліджень.

29. П.П. Горбик, Л.П. Сторожук, О.О. Чуйко, В.Ф. Чехун. Нанокомпозити медико-біологічного призначення на основі високодисперсного магнетиту // Одеса. Координаційна рада з проблем створення нових медичних препаратів. – 2005. – С. 17-20.

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит та взято участь у створенні моделі магнітокерованого носія лікарських засобів.

30. О.О. Чуйко, П.П. Горбик, Л.П. Сторожук. Магнітокеровані нанокомпозити для застосування в медицині та біології // ІІ Всеукраїнський технологічний форум „Глобалізація економіки і технологічний розвиток України”. – 2005. – Київ. – С. 48-58.

Здобувачем одержано нанокомопзити магнетит - -АПС, взято участь у дослідженні одержаних зразків та інтерпретації результатів.