Анотація до роботи:

Турова А. А. Взаємодія біоактивних кремнеземних матриць з водою та макромолекулами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата хімічних наук за спеціальністю 01.04.18 – фізика і хімія поверхні. – Інститут хімії поверхні ім. О. О. Чуйка НАН України. – Київ, 2009.

Дисертацію присвячено дослідженню взаємодії вихідних та модифікованих адсорбентів з водою і біомакромолекулами. Встановлено, що вихідний нанокремнезем і модифіковані його форми сильно впливають на структуру гелів крохмалю. Виявлено, що модифіковані кремнеземи зменшують гемоліз еритроцитів у порівнянні з вихідним кремнеземом і сильно впливають на біоактивність дріжджових мікроорганізмів. Показано, що в присутності води значно підвищується адсорбція метану на різних адсорбентах. Вперше методом ¹Н ЯМР-спектроскопії визначено кількісні характеристики сильно- і слабоасоційованої води, зв’язаної поверхнею адсорбентів з різними функціональними групами.

1. На основі теоретично-експериментальних досліджень впливу структурно-адсорбційних характеристик і хімічного модифікування високодисперсних кремнеземів на поведінку і характер взаємодії граничних шарів води з поверхнею адсорбентів, біометричних досліджень адсорбентів при взаємодії з клітинами (дріжджі, еритроцити) та досліджень особливості формування нанокомпозитів кремнезему з крохмалем в залежності від ступеня гідратації систем встановлені закономірності в змінах структурних і термодинамічних характеристик води, структурованої поблизу границь розділу фаз.

2. Встановлено із застосуванням комплексу експериментальних методів і теоретичного моделювання, що вплив морфології, структурно-адсорбційних характеристик та хімічного модифікування оксидних адсорбентів на будову зв’язаної води на границях розділу фаз є концентраційно-залежним і визначає внески чотирьох типів зв’язаної води: слабозв’язаної (зміна вільної енергії
   G > -0,5 кДж/моль) і сильнозв’язаної (G < -0,5 кДж/моль) та слабоасоційованої (_Н = 1–2 м.ч.) і сильноасоційованої (_Н = 3–5 м.ч.).

3. Знайдено, що на межі хімічно модифікованих триметилсилільними або амінопропілметилсилільними групами високодисперсних та пористих кремнеземів з гідрофобним середовищем значна частина води знаходиться в слабоасоційованому, сильно кластеризованому стані (хімічний зсув d_Н = 1–2 м.ч.). Показано, що кількість води в такому стані залежить від хімічної природи та геометрії пор, або міжчастинкових порожнин, і у вузьких порах концентрація такої води більша, ніж у широких, де можливе утворення більш протяжних структур води.

4. Встановлено, що на різних поверхнях (Al₂O₃, Lichrolut EN, активоване вугілля та модифіковані кремнеземи) вода та неполярні (метан) чи слабополярні сполуки (хлороформ) при температурі Т200–280 К можуть утворювати неклатратні кластерні структури, що існують поряд з поліасоціатами сильноасоційованої води. Формування кластерів води в порах обумовлює суттєве збільшення адсорбції метану, яка нелінійно залежить від вмісту води внаслідок змін її кластеризації в залежності від структури адсорбенту, особливо від наявності мікропор і гідрофобності чи гідрофільності поверхні.

5. Показано, що паралельні дослідження методами ТСД і ЯМР спектрометрії тих самих об’єктів дозволяють визначити температурні залежності локальної і глобальної рухливості молекул води і наскрізної провідності систем та енергетичні параметри таких процесів, як локальна рухливість полярних зв’язків і фрагментів молекул (Т < 170 К) та кластерів молекул (200–250 К), глобальна рухливість молекул води і наскрізна провідність систем (Т > 210–240 К). Ці характеристики залежать як від будови поверхні, так і від складу рідкого середовища, особливо від концентрації розчинених іонів. Енергія активації локальної рухливості молекул води нижча за енергію активації наскрізної провідності, тобто глобальної рухливості молекул і іонів, а температури початку цих процесів можуть різнитися на 10–40 К.

6. Встановлено, що формування на поверхні кремнезему гідрофобно-гідрофільних структур з прищеплених триметилсилільних або амінопропілметилсилільних груп і залишкових гідроксилів знижує гемолітичну активність поверхні щодо еритроцитів більш ніж на 50 % за рахунок зменшення адсорбційного потенціалу поверхні до біомакромолекул. Модифікування поверхні кремнезему активно впливає на будову біополімерів (крохмаль) і процеси життєдіяльності дріжджових клітин і цей вплив залежить від концентрації кремнезему та характеру модифікування поверхні.

7. Одержані результати представляють значний інтерес для створення біоактивних наноструктурованих матеріалів, що здатні як стимулювати процеси клітинного метаболізму, так і призводити до руйнування супрамолекулярних структур в біосистемах, а також при конструюванні біоінертних нанокомпозитних матеріалів та новітніх адсорбентів, в яких адсорбційна ємність збільшується завдяки ефекту ко-адсорбції певних сполук з кластеризованою водою.

Публікації автора:

1. Gun’ko V. M. Unusual properties of water at hydrophilic/hydrophobic interfaces / V. M. Gun’ko, V. V. Turov, V. M. Bogatyrev, V. I. Zarko, R. Leboda, E. V. Goncharuk, A. A. Novza (Turova), A. V. Turov, A. A. Chuiko. // Adv. Colloids and Interf. Sci. – 2005. – Т. 118. – P. 125–172.

Здобувачем проведено синтез кремнеземів з гідрофільними і гідрофобними центрами та досліджено структурно-адсорбційні характеристики синтезованих матриць.

2. Туров В. В. Связанная вода в гидрогелях крахмала, содержащего добавки высокодисперсного кремнезема / В. В. Туров, А. А. Новза (Турова), Р. Лебода, Я. Скубишевска-Зиемба, М. Шчесняк, К. В. Туров // Проблемы криобиологии. – 2005. – Т. 15, № 4. – С. 636–644.

Здобувачем створені композити крохмалю з вихідним і модифікованим кремнеземом при різних концентраційних співвідношеннях компонентів і досліджено вплив ВДК на фазовий стан крохмалю.

3. Гунько В. М. Закономерности поведения наноматериалов в разных средах, обусловленные строением поверхности и морфологией частиц / В. М. Гунько, В. И. Зарко, В. В. Туров, Е. В. Гончарук, Ю. М. Ничипорук, Л. С. Андрийко, А. А. Турова, О. А. Мищук, Ю. Г. Птушинский, П. П. Горбик, Р. Лебода, Я. Скубишевска-Земба, П. Писис, Дж. П. Блиц // Физико-Химия Наноматериалов и супрамолекулярных структур / под ред. А. П. Шпака и П. П. Горбика. – 2007. – Т. 2. – С. 157–226.

Здобувачем досліджено релаксаційні процеси та температуру склування адсорбованих полімерів.

4. Gun’ko V. M. Comparative characterization of polymethylsiloxane hydrogel and silylated fumed silica and silica gel / V. M. Gun’ko, V. V. Turov, V. I. Zarko, E. V. Goncharuk, I. I. Gerashchenko, A. A. Turova, I. F. Mironyuk, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zieba, W. Janusz // J. Colloid and Interf. Sci. – 2007. – Vol. 308. – P. 142–156.

Здобувачем отримано кількісні характеристики сильно- і слобоасоційнованої води, що взаємодіє з поліметилсилоксаном.

5. Turova A. A. Influence of structural and chemical modification of silica on its surface hydration / A. A. Turova, V. M. Gun’ko, V. V. Turov, P. P. Gorbik // Ads. Sci. and Techn. – 2007. – Vol. 25, № 1/2. – P. 65–69.

Здобувачем досліджено структурно-адсорбційні характеристики модифікованих кремнеземів і визначено концентрацію незамерзаючої води в системі в залежності від температури.

6. Gun’ko V. M. Interfacial phenomena in starch/fumed silica differently hydrated / V. M. Gun’ko, P. Pissis, A. Spanoudaki, A. A. Turova, V. V. Turov, V. I. Zarko, E. V. Goncharuk // Colloids and Surf. A. – 2008. – Vol. 320, – P. 247–259.

Здобувачем досліджено гідратні і структурні характеристики порошків і гідрогелей крохмалю з вихідним і модифікованим кремнеземом. Досліджено релаксаційні процеси, що відбуваються в системі крохмаль/кремнезем при різній гідратації.

7. Turov V. V. Adsorption of methane with the presence of water on oxide, polymer and carbon adsorbents studied using ¹H NMR spectroscopy at low temperature / V. V. Turov, A. A. Turova, V. M. Gun’ko // Applied Surf. Sci. – 2008. – Vol. 255. – P. 3310–3317.

Здобувачем досліджено вплив води на адсорбцію метану на різних адсорбентах.

8. Gun’ko V. M. Regularities in the behaviour of water confind in adsorbents and bioobjects studied by ¹Н NMR spectroscopy and TSDC at low temperatures / V. M. Gun’ko, V. V. Turov, V. I. Zarko, E. V. Goncharuk, A. A. Turova // Colloids and Surf. А. – 2009. – Vol. 336. – P. 147–158.

Здобувачем досліджено поведінку води, зв’язаної в порах мікропористого полімеру LiChrolut EN, методами низькотемпературної ¹Н ЯМР спектроскопії і термостимульованої деполяризації та кріопорометрії.

9. Novza A. A. (Турова А. А.) Phosphorus-containing silica as heterogeneous system for biological syspensions / A. A. Novza // XLVI Zjazd PTCh i SITPCh. – Lublin, 2003. – P. 80.

10. Novza A. A. (Турова А. А.) The effect of silica on hydration ability of starch gels / A. A. Novza (А. А.Турова), V. V. Turov, R. Leboda, J. Skubiszewska-Zieba, M. Zcesniak, K. V. Turov // VIII Ukrainian – Polish Symposium // Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their tehnological applications. September 19–24, 2004. – Odessa, 2004. – P. 216.

11. Новза А. А. (Турова А. А.) Фосфорвмістні кремнеземи як гетерогенні буферні системи для біологічних суспензій / A. A. Novza // Пята всеукр. конф. студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». – К., 2004. – С. 47.

12. Turov V. V. The supersolubility effect of interfacial water in hydrophobic media. System aminopropylsilica-cloroform / V. V. Turov, V. M. Gun’ko, A. A. Novza (А. А. Турова ), A. A. Chuiko // IX Polish-Ukrainian symposium and Polish-Ukrainian-Russia Workshop Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications. – Poland, Sandomegl, 2005. – Р. 198.

13. Новза А. А. (Турова А. А.) Ефект гіперрозчинності міжфазної води в гідрофобному середовищі. Система амінопропілкремнезем-хлороформ / А. А. Новза (А. А. Турова), В. М. Гунько, В. В. Туров // Шоста всеукр. конф. студентів та аспірантів «Сучасні проблеми хімії». – К., 2005. – С. 166.

14. Turova A. A. Influence of structural and chemical modification of silica on hydration of its surface. Theoretical and experimental studies of interfacial phenomena and their technological applications / A. A. Turova, V. M. Gun’ko, V. V. Turov, P. P. Gorbik // X Ukrainian – Polish Symposium, Lviv-Uzlissia, Ukraine, 2006. – Lviv, 2006. – P. 186.

15. Турова А. А. Вплив кремнеземів на гідратні властивості та протсторову структуру гелей крохмалю / А. А. Турова // ІХП ім. О. О. Чуйко НАН України. – К., 2006. – С. 99.

16. Крупська Т. В. Вплив модифікованих кремнеземів на життедіяльність клітинних культур / Т. В. Крупська, А. А. Турова, В. М. Гунько, В. В. Туров // Всеукр. з міжнар. участю конф. молодих учених «Наноматеріали в хімії, біології та медицині». – К., 2007. – С. 183.

17. Bershtein V. A. 3-D diamond- and silica-containing nanocomposites based on hybrid polyurethane-poly (2-hydroxyethyl methacrylate) semi-IPNS : dynamics and nanostructure / V. A. Bershtein, V. M. Gun’ko, L. V. Karabanova, T. E. Sukhanova, P. N. Yakushev, L. M. Egorova, E. D. Litsuk, E. M. Pakhlov, A. A. Turova, M. E. Vylegzanina, V. I. Zarko // 6th International Symposium «Molecular Order and Mobility in Polymer Systems», June 2–6, 2008. – St. Petersburg, 2008. –