|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Разработка комплекса методик инструментального анализа и исследования водных дисперсий фуллеренов различных типов и материалов на их основеНИР
Development of a complex of methods of instrumental analysis and study of aqueous fullerene dispersions of various types and materials based on them
- Руководитель НИР: Михеев И.В.
- Участники НИР: Горбачева С.Ю., Ившуков Д.А., Сушков Н.И., Шишкин М.А.
- Подразделение: Кафедра аналитической химии
- Срок исполнения: 1 января 2016 г. - 31 декабря 2017 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 16-33-00654 мол_а
- Номер ЦИТИС: АААА-А16-116021110177-0
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Живые системы, медицинские технологии, медицинская химия и новые лекарственные средства
- ПН России: Индустрия наносистем
- Направление технологического прорыва России: Медицинские технологии и лекарственные средства
-
Рубрики ГРНТИ:
- 31.19.29 Анализ органических веществ
-
Ключевые слова:
наножидкости, водные дисперсии фуллеренов, эндоэдральные металлофуллерены, фуллерены, мрт контрастные агенты
medical contrast medium, nanofluids, aqueous fullerene dispersions, mri, fullerene, endometallofullerenes -
Описание:
Проект направлен на создание методик анализа водных дисперсий фуллеренов различных типов и материалов на их основе, а также исследования их физико-химических свойств. В настоящее время данные материалы представляет большой интерес для биологии и медицины как антиоксидантных и противоопухолевых препаратов, что влечет за собой необходимость знания их химических и физико-химических свойств, а также их мониторинга. В рамках проекта будут исследованы водные дисперсии фуллеренов (С60, С70, а также их практически значимые технологические смеси, некоторые высшие фуллерены, эндоэдральные металлофулерены), предложены методики их качественного и количественного состава (основных и сопутствующих компонентов), а также размерных характеристик водных дисперсий. На основании этих данных будут предложены условия получения водных дисперсий фуллеренов и эндоэдральных металлофуллеернов с минимальным размером частиц, изучены их физико-химические, спектральные, тепловые и акустические свойства. Для достижения этих целей будут использованы современные инструментальные методы, такие как динамическое светорассеяние, просвечивающая электронная микроскопия, УФ-видимая спектроскопия, анализ общего органического углерода, ВЭЖХ, газовая хроматография, атомно-эмиссионная спектроскопия, термооптическая и оптоакустическая спектроскопия, которые в совокупности позволят максимально полно охарактеризовать исследуемые объекты. В целом, результаты проекта позволят установить критерии оценки качества водных дисперсий фуллеренов, пригодности использования водных дисперсий эндоэдральных металлофуллеренов в качестве контрастных агентов для МРТ, а также расширить арсенал методов исследования наносистем.
-
Abstract:
The project aims to establish techniques for the analysis of aqueous dispersions of fullerenes of various types and materials, and studies of their physico-chemical properties. Currently, these materials are of great interest for biology and medicine as antioxidant and anticancer drugs, which entails the need for a knowledge of their chemical and physico-chemical properties, and their monitoring. The project will be investigated aqueous dispersions of fullerenes (C60, C70, and their meaningful technological mixes, some of the higher fullerenes, endohedral metallofullerene) proposed methods of their qualitative and quantitative composition (core and related components), as well as dimensional characteristics of the aqueous dispersions. Based on these data, will be offered the conditions for obtaining aqueous dispersions of fullerenes and endohedrally metallofullerenes with a minimum size of particles were studied their physical-chemical, spectral, thermal and acoustic properties. To achieve these goals, we will use modern instrumental methods such as dynamic light scattering, transmission electron microscopy, UV-visible spectroscopy, analysis of total organic carbon, HPLC, gas chromatography, atomic emission spectroscopy, thermo-optical and optoacoustic spectroscopy, which together will allow to fully characterize the studied objects. Overall, the results of the project will establish criteria for assessing the quality of aqueous dispersions of fullerenes, the possibility of using aqueous dispersions endohedrally metallofullerenes as contrast agents for MRI and also to expand the Arsenal of methods of research of nanosystems.
-
Планируемые результаты:
1. Методики химического анализа основных (фуллерены, металлы в эндоэдральных фуллеренах) и сопутствующих компонентов (низкомолекулярные вещества – органические растворители и их производные) в водных дисперсий фуллеренов С60, С70, их смесей, высших фуллеренов, а также эндоэдральных металлофуллеренов на уровне концентраций мкг/л и ниже (для основных компонентов) и нг/л (для сопутствующих компонентов) при помощи методов анализа общего углерода, элементного анализа (для эндоэдральных металлофуллеренов), оптическую абсорбционную, люминесцентную и ИК-спектроскопию для определения основных и сопутствующих компонентов в дисперсиях, которые в совокупности могут применяться для паспортизации получаемых водных дисперсий фуллеренов 2. Методики оценки эффективности различных методик очистки исходного технологического сырья фуллеренов и водных дисперсий на их основе для индивидуальных и эндоэдральных металлофуллеренов методами ГХ и люминесценции, которые могут быть использованы в качестве ключевого критерия их качества и степени чистоты для биолого-медицинских приложений 3. Основные параметры экстракции (степень извлечения, коэффициент распределения и константа экстракции) фуллеренов из водной фазы, полученные из данных методов термолинзовой, УФ-видимой, оптикоакустической спектроскопии эти методы позволяют проводить высокочувствительное определение фуллеренов, как в водной так и в органической фазах, что позволяет с высокой точностью рассчитывать основные экстракционные параметры системы для построения экстракционных моделей и предсказания устойчивости кластеров в дисперсиях. На основании получаемых данных будет предложена модель агрегации фуллеренов в кластеры, которые могут быть использованы для прогнозирования агрегативных свойств фуллеренов и эндоэдральных металлофуллеренов в водных дисперсиях, а также оценивать устойчивость препаратов на основе ВДФ (in vitro) 4. Способы контроля агрегатов и методики направленного размерного получения водных дисперсий и изучение коллоидных, оптических и концентрационных свойств дисперсий эндоэдральных металлофуллеренов (на основании методов ДСР, ПЭМ, УФ-видимой спектроскопии, термолинзовой спектрометрии, атомно-эмисионной спектроскопии), которые могут применяться в биолого-медицинских приложениях в качестве МРТ-меток. 5. Построение корреляционных зависимостей свойств наножидкостей на основе фуллеренов (теплоемкость, температуропроводность, плотность, вязкость, а также коэффициент теплового расширения) для контроля их качества, кроме того будут предложены основные критерии для описания их свойств как наножидкостей, для дальнейшего их использования в качестве тепловых меток в живых организмах
-
Научный задел:
Авторы проекта начали работу по предлагаемой теме в 2012 году. Наиболее важным результатом на сегодняшний день в результате исследований водных дисперсий фуллеренов С60 и С70 является тот факт, что посредством модификации методики приготовления водных дисперсий мы достигли выход получаемых дисперсий, как следствие, это позволяет повысить концентрацию фуллеренов в продукте без концентрирования, что немаловажно для биомедицинских приложений, т.к. их терапевтическое действие наблюдается при концентрациях > 1 мг/л (мы способны достигать концентрации более 100 мг/л, что больше чем существующие аналоги). Методика получения дисперсий разработана в совокупности с характеризацией размера частиц, химических свойств и концентрационных параметров. Оценены возможности определения в водных дисперсиях при помощи УФ/вид./ИК спектроскопии [I.V. Mikheev, D.S. Volkov, M.A. Proskurnin, N.V. Avramenko, and M.V. Korobov. Preparation and characterization of a new clustered /C70/n fullerene material. Nanosystems: physics, chemistry, mathematics, 5(1):46–52, 2014.] Впервые оценены возможности термолинзовой спектрометрии для определения низких содержаний фуллеренов в водных дисперсиях и органических растворителях (для оценки параметров жидкость-жидкостной экстракции), оценки размеров кластеров в ВДФ (подтверждено ДСР и ПЭМ, косвенно ДСК) [I.V. Mikheev, D.S. Volkov, M.A. Proskurnin, and M.V. Korobov. Monitoring of aqueous fullerene dispersions by thermal-lens spectrometry. International Journal of Thermophysics, 2014.] Проведена предварительная оценка параметров жидкость-жидкостной экстракции фуллеренов С60, С70 и их смесей из ВДФ в толуол и предложена предварительная модель экстракционного процесса.
- Добавил в систему: Михеев Иван Владимирович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка комплекса методик инструментального анализа и исследования водных дисперсий фуллеренов различных типов и материалов на их основе |
| Результаты этапа: Для разработки комплекса методик инструментального анализа водных дисперсий фуллеренов: • Разработать методики определения фуллеренов в водных и органических растворителях, как для индивидуальных фуллеренов, так и смесей фуллеренов методами УФ-видимой, термолинзовой, оптоакустической спектроскопии (Михеев) • Разработать методики люминесцентного анализа органических экстрактов фуллеренов, а также водных дисперсий фуллеренов (Михеев, Сушков) • Разработать методики определения эндоэдральных металлофуллеренов при помощи метода ИСП-АЭС и МАЛДИ спектроскопии (Горбачева) В области применения разработанных методик для материалов на их основе фуллеренов для установления содержания их основных компонентов и примесного состава планируется продолжить работу 1-го года и сделать: • Исследовать основные физико-химические и коллоидные характеристики водных дисперсий фуллеренов (Шишкин, Сушков) • Изучить возможности направленного размерного получения водных дисперсий и изучить основные физико-химические и коллоидные свойства водных дисперсий эндоэдральных фуллеренов (Михеев) • Провести предварительный анализ свойств водных дисперсий эндоэдральных металлофулеренов, как МРТ-контрастных агентов, а также оценить их эффективности в сравнении с существующими доступными аналогами (Михеев) Для исследования оптических, экстракционных и коллоидных характеристик водных дисперсий фуллеренов различных типов (полученные разными способами): • Получить водные дисперсии эндоэдральных металлофуллеренов по стандартным методикам (замены растворителя и прямого диспергирования в присутствии солюбилизатора) (Сушков) • Зарегистрировать ПЭМ изображения водных дисперсий фуллеренов для прямого подтверждения результатов ДСР (Горбачева) • Оценить возможности подхода фракционирования при помощи ультрацентрифугирования для получения узкоразмерного фрактального распределения частиц (Ившуков) • Подобрать оптимальные условий осуществления жидкость-жидкостной экстракции фуллеренов из водных дисперсий (электрической мощности ультразвукового оборудования, подбор дестабилизаторов кластеров, pH, время ультразвуковой обработки, концентрация водных дисперсий) (Шишкин, Горбачева, Ившуков) • Рассчитать основные характеристические константы экстракционных процессов (вода-органический растворитель) (Ившуков) • Построить корреляционные зависимости между исследуемыми экстракционными параметрами (степень извлечения, коэффициент распределения и др.), описать возможного механизма экстракции, построить модель, описывающую причину стабилизации фуллеренов в водных дисперсиях (Шишкин) Для установления влияния структуры фуллеренов на оптические, экстракционные и коллоидные характеристики, а также для установления физико-химических параметров системы для наножидкостей на основе фуллеренов: • Установить корреляционные зависимости между размерами дисперсий и УФ-видимыми спектрами (Сушков) Изучить зависимости плотность-концентрация, плотность-температура, динамическая вязкость-концентрация, динамическая вязкость-температура для водных дисперсий фуллеренов и водных дисперсий эндоэдральных фуллеренов для расчета теплофизических параметров систем на их основе (Горбачева, Шишкин) | ||
| 2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Разработка комплекса методик инструментального анализа и исследования водных дисперсий фуллеренов различных типов и материалов на их основе |
| Результаты этапа: Разработана методология химического анализа водных дисперсий фуллеренов (С60, С70 и их практически значимых смесей, высших фуллеренов С76-С88, эндоэдральных металлофуллеренов на основе Y и Gd — Y@C82 и Gd@C82): -Разработана методика определения эндоэдральных металлофуллеренов при помощи метода ИСП-АЭС спектроскопии — анализ эндоатома Y и Gd Исследованы основные физико-химические и коллоидные характеристики водных дисперсий фуллеренов: - Зарегистрированы ПЭМ изображения водных дисперсий фуллеренов для прямого подтверждения результатов ДСР - Установлены корреляционные зависимости между размерами кластеров фуллеренов в дисперсиях и их УФ-видимыми спектрами Изучены параметры экстракции фуллеренов из водной фазы для изучения процессов стабилизации в ней дисперсий фуллеренов: -Разработана методика определения фуллеренов в водных дисперсиях и органических растворителях, как для индивидуальных фуллеренов, так и смесей фуллеренов с помощью УФ-видимой, термолинзовой, оптоакустической спектроскопии -Подобраны оптимальные условий осуществления жидкость-жидкостной экстракции фуллеренов из водных дисперсий — оптимальная величина электрической мощности ультразвукового оборудования, подбор дестабилизаторов кластеров фуллеренов, значение pH, времени ультразвуковой обработки, концентрационных диапазонов водных дисперсий для изучения экстракционных равновесий -Рассчитаны основные характеристических констант экстракционных процессов -Построены корреляционные зависимости между исследуемыми экстракционными параметрами (степень извлечения, коэффициент распределения и др.), - Описан вероятных механизма экстракции, заключающийся в переносе фуллеренов через межфазную границу, построены основные модели, описывающие вероятный механизм стабилизации фуллеренов в водных дисперсиях -Изучены возможности направленного размерного получения водных дисперсий и фуллеренов и эндоэдральных фуллеренов -Получены водные дисперсии эндоэдральных металлофуллеренов по стандартным методикам замены растворителя -Оценена возможность фракционирования при помощи ультрацентрифугирования для получения узкоразмерного фрактального распределения частиц феллеренов в виде дисперсий и сухих порошков - Проведена модификация методики замены органического растворителя путем подбора однокомпонентных смесей полярных и неполярных растворителей, а также двух- или трехкомпонентных смесей для получения заданного размера агрегатов в водной дисперсии эндоэдральных металлофуллеренов - Получены основные физико-химические и коллоидные параметров водных дисперсий эндоэдральных металлофуллеренов -Измерены стационарные и времяразрешенные термолинзовые сигналы от водных дисперсий фуллеренов, построены зависимости сигнал-концентрация -Проведен предварительный анализ свойств водных дисперсий эндоэдральных металлофулеренов, как МРТ-контрастных агентов, а также проведена оценка их эффективности в сравнении с существующими аналогами, например, Магнивистом Исследованы основные характеристики наножидкостей на основе водных дисперсий фуллеренов С60 и С70, которые потенциально могут быть применены для охлаждающих контуров -Изучены зависимости плотность-концентрация, плотность-температура для водных дисперсий фуллеренов С60 и С70 для построения корреляционных зависимостей параметров -Изучены зависимости теплоемкость-концентрация, теплоемкость-температуропроводность для водных дисперсий фуллеренов С60 и С70 -Изучены зависимости вязкость-плотность, вязкость-температура для водных дисперсий фуллеренов С60 и С70 -Рассчитаны коэффициенты теплового расширения, изотермической сжимаемости на основании данных измерения плотности и скорости звука при помощи оптикоакустической спектроскопии -Построены корреляционные поля между основными исследованными характеристиками, которые позволяют в дальнейшем перейти разработке и установлению критериев работоспособности флюидов в качестве тепловых меток | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".