НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ХІМІЇ ПОВЕРХНІ ім. О.О. ЧУЙКА

СТОРОЖУК ЛЮДМИЛА ПЕТРІВНА

УДК 539.211 : 544.723+54.31

СИНТЕЗ ТА ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІФУНКЦІОНАЛЬНИХ МАГНІТОЧУТЛИВИХ НАНОКОМПОЗИТІВ

01.04.18 – фізика і хімія поверхні

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Київ-2007

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано в Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України

Науковий керівник: | доктор фізико-математичних наук, професор

Горбик Петро Петрович,

Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України,

в.о. директора;

Офіційні опоненти: | член-кореспондент НАН України,

доктор хімічних наук, професор

Слободяник Микола Семенович,

Київський національний університет імені

Тараса Шевченка,

декан хімічного факультету;

доктор хімічних наук, професор

Погорєлий Валерій Костянтинович,

Інститут хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України,

головний науковий співробітник.

Провідна установа: | Інститут хімії високомолекулярних сполук

НАН України.

Захист відбудеться 12.06.2007 р. о 14_ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.210.01 в Інституті хімії поверхні ім. О.О. Чуйка Національної академії наук України за адресою: 03164, Київ,

вул. Генерала Наумова, 17.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту хімії поверхні ім. О.О. Чуйка НАН України, Київ, вул. Генерала Наумова, 17.

Автореферат розісланий 08.05.2007 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Приходько Г.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Серед оксидних високодисперсних матеріалів вагоме місце посідає магнетит завдяки унікальним фізико-хімічним властивостям, зокрема магнітним. Аспекти застосування сучасних наноматеріалів на його основі висувають як актуальне завдання створення наукових засад хімічного конструювання магніточутливих нанокомпозитів з ієрархічною архітектурою та поліфункціональними властивостями; встановлення умов проведення хімічних процесів при побудові компонентів архітектури та їх оптимізації; удосконалення синтезу магнетиту та сепарації частинок з заданими властивостями; модифікації поверхні магніточутливих нанокомпозитів та іммобілізації необхідних органічних і неорганічних сполук.

Дослідження, направлені на розробку магнітокерованих лікарських препаратів хіміотерапевтичної, діагностичної і гіпертермічної дії, широко проводяться в розвинутих країнах світу. Особливо актуальними є роботи, направлені на діагностику і терапію онкозахворювань на клітинному рівні. Постановка мети та завдань досліджень сформульовані з урахуванням сучасних проблем хімії, фізики та технології поверхні в галузі одержання магніточутливих нанокомпозитів, що обумовлює актуальність теми дисертації та важливість очікуваних результатів. Їх спрямованість на використання в медицині характеризує тему досліджень як практично значиму та своєчасну.

Зв’язок роботи з науковими програмами. Дисертаційну роботу виконано згідно з планами науково-дослідних робіт Інституту хімії поверхні НАН України за комплексною програмою фундаментальних досліджень НАН України “Наноструктурні системи, наноматеріали та нанотехнології” за темою “Створення магнітокерованих медико-біологічних нанокомпозитів та дослідження їх властивостей” (Постанова Президії НАН України від 21.01.04 № 6. Розпорядження НАН України від 26.04.2006 р. № . Договір від 03.05.2006 №48/06-Н. Номер Держреєстрації 0105U006821) та темами: ”Розробка та фізико-хімічні дослідження наноструктурних оксидних систем”, “Хімічне конструювання наносистем із заданими функціональними властивостями”, затвердженими рішенням Бюро відділення хімії НАН України від 24.02.2003 року, протокол № (номер Держреєстрації 0103U006287) та від 31.10.2005 року, протокол № (номер Держреєстрації 0107U000348).

В дисертацію увійшли також деякі результати досліджень в рамках спільної програми наукових проектів НАН України та УНТЦ “Програма цільових досліджень та розвиваючих ініціатив” за темою “Нанохімія: синтез і фізико-хімічна характеристика поліфункціоналізованих магнітних нанокомпозитів та їх застосування в біомедичній практиці” (розпорядження Президента України від 07.11.2006 р. №657; договір від 01.11.2006 р. № 9-4118/06-УНТЦ; номер Держреєстрації 0106U010918).

Метою роботи є наукове обґрунтування хімічного конструювання перспективних для практичного використання багаторівневих магніточутливих нанокомпозитів та дослідження їх фізико-хімічних властивостей.

У роботі були поставлені та вирішені наступні завдання:

- Синтез і дослідження фізико-хімічних властивостей високодисперсного магнетиту.

- Встановлення умов проведення хімічних процесів при побудові елементів архітектури нанокомпозитів на поверхні частинок магнетиту та їх оптимізація.

- Хімічне конструювання магніточутливих нанокомпозитів з ієрархічною архітектурою та поліфункціональними властивостями.

- Вибір перспективних для практичного використання хімічних речовин та вивчення процесів їх іммобілізації на поверхні нанокомпозитів.

- Практична апробація отриманих результатів шляхом дослідження взаємодії нанокомпозитів з мікробіологічними об’єктами в модельних системах.

Наукова новизна одержаних результатів. Розроблено методику модифікації поверхні нанорозмірного магнетиту поліакриламідом (ПАА) полімеризацією в плазмі високочастотного (ВЧ) розряду (розмір частинок 30-50 нм, Sпит =    м2/г). Показано, що в процесі полімеризації відбувається стерилізація одержаних наночастинок. Варіювання маси покриття до 50мас.) від загальної маси магнетиту практично не впливає на магнітні характеристики нанокапсульованого магнетиту.

Здійснено хімічне конструювання магніточутливих нанокомпозитів з ієрархічною архітектурою та поліфункціональними властивостями.

Проведено хімічну модифікацію поверхні нанорозмірного магнетиту рідинно-фазовим способом – г_амінопропілтриетоксисиланом (г_АПТЕС) у толуолі та комплексно досліджено властивості щепленого шару. Із застосуванням експериментальних даних і методів квантової хімії вперше оцінено енергію взаємодії молекули г_АПТЕС з поверхневою гідроксильною групою магнетиту при утворенні моношару г_амінопропілсилоксану (г_АПС) на поверхні магнетиту. Визначено довжину хімічних зв’язків л(=Fe = 1,7711 Е і л(-O-Si?) = 1,6132 Е амінопропільного фрагмента, щепленого на поверхні Fe3O4. Встановлено значне посилення зв’язку (-O-Si?) в амінопропільному фрагменті г_АПС, яке, вірогідно, зумовлене сильнішим перекриванням електронних оболонок атомів О та Si, порівняно з г_АПТЕС.

Золь-гель методом одержано магніточутливі нанокомпозити Fe3O42 і Fe3O4_ТіО2 (модифікатори, відповідно, тетраетоксисилан і н_бутилортотитанат). Вивчено процеси гідролізу модифікаторів та їх перетворення на поверхні магнетиту при нагріванні. Встановлено, що мінімальна товщина шару, який 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 (по відношенню до властивостей магнетиту).

Розроблено методику отримання магніточутливих нанокомпозитів Fe3O4_ТіО2 методом рідиннофазного молекулярного нашарування. Показано, що при нанесенні на поверхню Fe3O4 четвертого моношару діоксиду титану з’являється кристалічна фаза анатазу. Застосування термічного відпалювання зразків при температурі 460 єС призводить до кристалізації анатазу вже в першому шарі покриття.

Вивчено адсорбцію координаційної сполуки цис-диамінодихлорплатини на поверхні магнетиту, модифікованого поліакриламідом, та динаміку її вивільнення з поверхні магніточутливого нанокомпозиту в модельне середовище.

Вивчено взаємодію магніточутливих нанокомпозитів з оболонковими вірусами в модельних середовищах. Встановлено, що повна деконтамінація вірусу везикулярного стоматиту (штам Індіана) спостерігалась на зразках магнетиту та анатазу.

Практичне значення одержаних результатів. Розробка нових шляхів одержання магніточутливих наноматеріалів та удосконалення методів створення на їх поверхні елементоксидних і гібридних органічно-неорганічних компонентів ієрархічної архітектури є основою для створення поліфункціональних нанороботів, в тому числі для медико-біологічного застосування.

Оптимізовано процеси одержання монодоменного магнетиту та нанокомпозитів Fe3O4_ПАА, Fe3O4_ТіО2, Fe3O4іО2 з високими магнітними і сорбційними властивостями. Вивчено процеси іммобілізації медичних препаратів платидіам та цисплатин на їх поверхні. Створено модель магнітокерованого біосумісного носія лікарських засобів на основі магнетиту з поліакриламідним шаром та іммобілізованим цитостатичним препаратом цитотоксичної дії цис_диамінодихлорплатина. Носії такого типу можуть бути використані для діагностики та терапії онкопухлин, зокрема, на клітинному рівні, в тому числі, шляхом створення гіпертермічних зон. Їхня фіксація й депонування магнітним полем у зоні пухлини може значно зменшити дозу препарату і, як наслідок, звести до мінімуму токсично-алергійні реакції організму.

Можливим є використання цих нанокомпозитів для діагностики онкоінфікованих органів за допомогою методів магнітно-резонансної томографії. Нанокомпозити, модифіковані специфічними антитілами, можуть також використовуватись для розпізнавання специфічних клітин з включенням програм їх апоптозу, розпізнавання вірусів та їх деконтамінації з рідких середовищ, включаючи біологічні. Результати розробки можуть бути впроваджені в практику на станціях переливання крові та Центрах крові.

Особистий внесок дисертанта. Здобувачем проведено підбір та аналіз літературних даних. Експериментальні дослідження, синтез нанокомпозитів безпосередньо здійснювались самим автором. Здійснено обробку та інтерпретацію результатів ІЧ_спектроскопії, рентгеноструктурного аналізу, адсорбційних досліджень, кінетичних та мікроскопічних досліджень, сформульовано висновки. Постановка завдань, інтерпретація результатів досліджень та їх узагальнення здійснено спільно з науковим керівником д.ф.-м.н., професором Горбиком П.П.

В наукових працях, виконаних у співавторстві, здобувачу належить реалізація експерименту, обробка та аналіз результатів досліджень.

Методики синтезів обговорювались з д.т.н. Семко Л.С. (одержання нанокомпозитів на основі магнетиту та діоксидів титану та кремнію), к.х.н. Дубровіним І.В. (одержання нанорозмірного магнетиту), Академіком НАН України Чехуном В.Ф. (дослідження процесів взаємодії магніточутливих нанокомпозитів в ультрадисперсних системах, що містять біологічні об’єкти). Дослідження нанокомпозитів здійснювались разом з к.х.н. Дзюбенко Л.С. (диференціальний термічний та диференціальний термогравіметричний аналіз), к.ф._м.н. Кордубаном О.М. (рентгенівська фотоелектронна спектроскопія), к.х.н. Оранською О.І. (рентгенофазовий аналіз), д.ф.-м.н. Рево С.Л. (магнітні властивості нанокомпозитів), д.мед.н. Тимченком А.С., д.мед.н. Дзюблик І.В., д.мед.н. Ісаковою Л.М., к.б.н. Вергун Л.Ю., к.б.н. Трохименко Є.П., к.б.н. Настенко Є.П., (проведення апробації магнітокерованих нанокомпозитів для деконтамінації вірусів різної етіології). К.х.н. Федоренко О.М., к.ф._м.н. Абрамов М.В., Петрановська А.Л., Тарасюк М.Ю. брали участь у проведенні окремих експериментів на різних етапах.

Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на наукових семінарах та засіданнях Вченої ради Інституту хімії поверхні НАН України (2004-2006 рр.); Міжнародній школі-семінарі для молодих вчених “Наноматеріали в хімії і біології”, Київ, 2004; IV Международной конференции “Химия высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологий”, Санкт-Петербург, 2004; NANSYS, Київ, 2004; Х Міжнародній конференцї з фізики і технології тонких плівок, Івано-Франківськ, 2005; the 1st Ukraine-Korea Seminar on Nanophotonics and Nanophysics, Kiev, 2005; International Conf. "Functional Materials", Crimea, Partenit, 2005; Международной конференции „Современное материаловедение: достижения и проблемы”, Киев, 2005; Сonference “Nanomaterials in Chemistry, Biology and Medicine”, Kyiv, 2005; Координаційній раді з проблем створення нових медичних препаратів, Одеса, 2005; 4th Ukrainian-German Seminar “Nanosciences and Nanotechnology”, Dresden, 2005; Всеукраїнській конференції молодих вчених „Наноматеріали в хімії, біології та медицині”, Київ, 2006; Іnternetional Meeting „Clusters and nanostructured materials”, Uzhgorod, 2006.

Публікації. Матеріали дисертаційної роботи опубліковано в 11 статтях та 20 тезах.

Структура дисертації. Дисертація складається з вступу, 4 розділів, висновків та списку літератури. Роботу викладено на 164 сторінках, вона містить 9 таблиць, 32 рисунка. Бібліографія складається з 234 джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи, наукову новизну та практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі наведено огляд літератури за темою дисертації, приділено увагу характеристикам, особливостям синтезу та модифікації поверхні нанорозмірного магнетиту біосумісними сполуками; розглянуто особливості полімеризаційних процесів, що протікають у плазмі, та методи контролю ступеня конверсії мономеру; дана фізико-хімічна характеристика комплексів платини (ІІ). Розглянуто галузі застосування матеріалів на основі нанорозмірних оксидів заліза. Зроблено висновки щодо перспективності шляхів для подальших досліджень в напрямку теми дисертації.

У другому розділі встановлено умови проведення хімічних процесів при побудові елементів архітектури та їх оптимізації; описано методики хімічного конструювання магніточутливих нанокомпозитів з ієрархічною архітектурою та поліфункціональними властивостями: синтез нанорозмірного магнетиту, модифікація його поверхні поліакриламідом, г_АПТЕС, тетраетоксисиланом та тетрабутоксититаном.

Високодисперсний магнетит одержували методом хімічної конденсації за реакцією:

FeSO4·7H2O+2FeCl3·6H2O+8NH4OH=Fe3O4+6NH4Cl+(NH4)2SO4+23H2O . (1)

Формування полiакриламiдного (ПАА) покриття на поверхні магнетиту здійснювали реакцією полімеризації акриламіду і N,N'-метилен-біс-акриламiдy в плазмі ВЧ-розрядy. Ступінь полімеризації акриламіду визначали титруванням подвійних зв’язків методом Кауфмана.

Модифікацію поверхні наночастинок магнетиту г-АПТЕС проводили рідинно-фазовим способом у толуолі. У результаті поверхня магнетиту набуває основного характеру за рахунок щеплення г-амінопропільних груп:

Золь-гель методом одержано магніточутливі нанокомпозити Fe3O42 і Fe3O4_ТіО2 (як модифікатори використовували, відповідно, тетраетоксисилан і тетрабутоксититан). Методика синтезу нанокомпозитів на основі магнетиту, модифікованого діоксидом кремнію та титану, ґрунтується на використанні процесів гідролізу тетраетоксисилану та н-бутилортотитанату з подальшою конденсацією продуктів і їх перетворенням на поверхні магнетиту при нагріванні. Вміст покриття варіювали від 0,1 до 0,5 г SiO2 (ТіО2) на 1 г магнетиту.

Розроблено методику отримання магніточутливих нанокомпозитів Fe3O4_ТіО2 методом рідиннофазного молекулярного нашарування. На поверхні відбуваються реакції за схемою:

2(Fe3O4OH) + TiCl4 = (Fe3O4 O–)2TiCl2 + 2HCl; (3)

(Fe3O4O–)2TiCl2 + 2H2O = (Fe3O4 O–)2Ti(OH)2 + 2HCl. (4)

Для нанесення другого шару зразок спочатку висушували при 120°С для видалення адсорбованої води, а потім повторно обробляли TiCl4 за методикою, описаною вище:

Послідовно наносили чотири шари. Аналіз отриманих результатів досліджень свідчив, що кінцевий продукт синтезу має наступну структуру:

У третьому розділі представлено результати вивчення структури та властивостей вихідного магнетиту та нанокомпозитів на його основі комплексом фізико-хімічних методів.

Рис. 1. Кінетичні криві титрування залишкового мономеру у метанолі при потужності випромінювача 20а) та 40б) Вт. Вміст поліакриламіду на поверхні магнетит-ПАА частинок, %: 1 – 5,0; 2_,5; 3 – 10,0; 4 – 12,5; 5 – 15,0.

Рис. 2. Залежність питомої намагніченості частинок магнетиту від напруженості магнітного поля: а – порошок магнетиту без покриття; б – магнетит з покриттям 50 % поліакриламіду.

Кінетику полімеризації акриламіду в плазмі ВЧ розряду вивчали для двох значень потужності випромінювача 20 і 40 Вт і часу полімеризації від 10 секунд до 2 хвилин.

Вимірювання магнітних характеристик свідчить про те, що зміна маси покриття від 0 до 10 % не призводить до зміни вихідних характеристик магнетиту (рис. 2): значення граничної питомої намагніченості насичення (уs) знаходиться в межах від 61,5·10-7 Т·м3/кг до 62,0·10-7 Т·м3/кг, коерцитивна сила (Нс) – від 30,94 кА/м до 29,31 кА/м, залишкова питома намагніченість (уr) – від 30,1·10-7 Т·м3/кг. Подальше збільшення маси покриття до 50 % призводить до зменшення значень уs до 51,1·10-7 Т·м3/кг і уr до 24,0·10-7 Т·м3/кг, при значенні Нс = 29,31 кА/м. Приріст покриття на поверхні частинок магнетиту до 50 % мало впливає на його магнітні характеристики.

З метою функціоналізації поверхні та створення адсорбентів великої ємності поверхню наночастинок магнетиту було модифіковано г_амінопропілтриетоксисиланом. |

Одержані зразки досліджувались методами дериватографії, рентгеноструктурного аналізу, рентгенівської фотоелектронної та ІЧ-Фурйє спектроскопії. На рис. представлені результати термогравіметричних досліджень. Ендотермічний пік при 270 °С (рис. 3, а) слід віднести до видалення води.

Рис. 3. Криві ДТА та термогравіметрії:

а – вихідний магнетит; б – магнетит, модифікований г_АПТЕС.

Рис. 4. Дифрактограми зразків магнетиту:

1 – вихідний магнетит, 2 – магнетит після нагрівання до 330 єС,

3 – магнетит після нагрівання до 530 єС, 4 – магнетит після нагрівання в дериватографі до 1000 єС.

Рис. 5. Дифрактограми зразків:

1 – магнетит, модифікований g-АПТЕС,

2 – зразок 1 після нагрівання до 1000 °С.

За втратою маси в інтервалі 180 – 1000 °С розраховували кількість ОН-груп на поверхні магнетиту, вона складає 24 мкмоль/м2.

Екзотермічний пік при 470 °С (рис. , а) пов’язаний з перетворенням магнетиту Fe3O4 в б-Fe2O3. Це віднесення зроблено на підставі результатів рентгенофазового аналізу (рис. , криві , , ).

Після модифікування магнетиту прищепленням до поверхні г_амінопропільних груп за даними рентгенофазового аналізу структурних перетворень магнетиту не відбулось (рис. , крива ). Екзотермічні максимуми в інтервалі 190 - 740 °С, яким відповідають мінімуми на кривих ДТГ за 250 °С, 370 °С, 690 °С пов’язані з термоокислювальною деструкцією амінопропільного радикалу (рис. , б).

Вміст амінопропільних груп (27 мкмоль/м2) розраховували за втратою маси в інтервалі 180_ °С з урахуванням присутності в пробі фізично адсорбованої води.

Із застосуванням експериментальних даних і методів квантової хімії вперше оцінено енергію взаємодії молекули г_АПТЕС з поверхневою гідроксильною групою магнетиту при утворенні моношару г_амінопропілсилоксану (г_АПС) на поверхні магнетиту. Встановлено, що повна енергія фрагменту Fe3O4О2H5)2СН2)32, одержана за допомогою необмеженого методу Хартрі-Фока з використанням неемпіричного базисного набору MINІ, становить 4906,1301 ат.од. Відстань між найближчими (=Feгрупами становить 0,594 нм. Одна (=Feгрупа займає площу 0,352 нм2, концентрація (=Feгруп становить 28,4 мкмоль/м2.

Пунктиром позначено площу, яка припадає на одну =Fe-OH-групу (0,35 нм2)

Рис. 6. Фрагмент поверхні магнетиту з ковалентно щепленою г_АПС групою: а – вигляд збоку, б – вигляд зверху

Методами диференціального термогравіметричного аналізу показано, що концентрація ОН-груп на поверхні магнетиту становить 24 мкмоль/м2. Отже, приблизно 77поверхневих атомів заліза перебувають в гідроксильованому стані. Визначено довжину хімічних зв’язків л(=Fe ,17711 нм і л(-O-Si?) ,16132 нм амінопропільного фрагмента прищепленого на поверхні Fe3O4. Встановлено значне посилення зв’язку (-O-Si?) в амінопропільному фрагменті г_АПС, яке, вірогідно, зумовлене сильнішим перекриванням електронних оболонок атомів О та Si, порівняно з г_АПТЕС.

Модель фрагменту поверхні магнетиту з ковалентно прищепленою г_АПС групою зображено на рис. .

Досліджено перетворення тетраетоксисилану та тетрабутоксититану в SiO2 та TiO2 на поверхні нанокристалічного магнетиту за допомогою методів рентгенівської фотоелектронної (РФЕС) та ІЧ-спектрометрії, методів ДТА та ДТГ.

При дослідженні електронної структури поверхні наночастинок методом РФЕС спектри Si р і О _рівнів були розкладені на окремі компоненти (рис. ). Компонент Езв Si р ,7 еВ можна віднести до зв’язку Fe-O-Si, компонент Езв Si р ,8 еВ до Si(ОН)4. Максимуму Si р – лінії (компонент Езв Si р ,8 еВ) відповідає фаза SiO2. Таким чином, витримка зразка (в) при 400 оС призводить до утворення 96,3SiO2 і 3,7Si(ОН)4 на поверхні магнетиту.

Розраховані з використанням інтегральних інтенсивностей Fe 2p- ліній товщини оболонок на наночастинках магнетиту для зразків (а  в) складають, відповідно, 0,7 нм, 0,9 нм і 1,1 нм.

Рис. 7. РФЕС-спектри Si _рівня атомів кремнію, розкладені на компоненти, для зразків нанокомпозитів, що містять 0,1 г2 на 1 г магнетиту: а – термообробка при 80 °С, б – при 270 °С, в – при 400 °С. | Рис. 8. РФЕС-спектри Ті _рівня атомів титану, розкладені на компоненти для модельних зразків нанокомпозитів, що містять 0,1 г (а) та 0,2 г (б) ТіО2 на 1 г магнетиту, термооброблені при 400 °С.

Максимум Ті р- лінії відповідає фазі ТіО2 (компонент Езв Ті р ,6 еВ). Компонент із Езв Ті р ,2 еВ можна зв’язати із вкладом від Ті3+_стану. Зростання числа Ті3+ станів в парному шарі може бути пов’язане або з формуванням слабко координованих по кисню позицій титану, або заміною атому кисню на ОН_групу Ті4+ - О -Ті3+ - ОН. З рис. бачимо, що співвідношення між Ті4+ і Ті3+ залишається постійним. Компонент з Езв Ті р ,3 еВ можна віднести до зв’язку Ti-O-Fe (рис. ).

Із використанням інтегральних інтенсивностей Fe - та Fe - ліній розраховано товщини оболонок на наночастинках магнетиту, які для зразків а та б, відповідно, дорівнюють 0,4 нм та 0,7 нм.

Комплексом фізико-хімічних методів було досліджено нанокомпозити Fe3O4_ТіО2, одержані методом молекулярного нашарування. При поступовому нанесенні діоксиду титану на поверхні Fe3O4 структура, характерна анатазу, з’являється тоді, коли на поверхні магнетиту є чотири атоми титану, чого достатньо для утворення елементарної комірки ТіО2 (рис. , а).

Після відпалювання зразків при температурі 460 єС кристалічна фаза анатазу спостерігається вже при наявності першого шару покриття (рис. , б). Найбільш ймовірно, що при підвищених температурах зростає дифузійна рухливість атомів титану на поверхні магнетиту, внаслідок чого відбувається утворення кластерів кристалічної фази TiO2.

Рис. 9. Дифрактограми зразків вихідного магнетиту (м), анатазу (а) та магнетиту, модифікованого анатазом (а), а також тих же зразків, відпалених при 460 єС (б). Кількість титан-кисневих шарів: 1 - 1, 2 - 2, 3 – 3, 4 – 4.

На дифрактограмах зразків з 2 – 4-ма шарами TiO2 присутні піки магнетиту і анатазу, що змінюються за інтенсивністю, в залежності від співвідношення кількості фаз магнетит-анатаз.

У четвертому розділі розглянуто практичну апробацію отриманих результатів шляхом дослідження взаємодії нанокомпозитів з мікробіологічними об’єктами в модельних системах. Вивчено адсорбцію лікарських препаратів платидіаму та цисплатину на поверхні магнетиту від концентрації та від часу; динаміку їх виходу в модельне середовище. Встановлено, що адсорбція цисплатину складає А  мг/г по Pt2+ і здійснюється за перші 2 години, тоді як, відповідно, адсорбція платидіаму А  мг/г і здійснюється протягом 20 годин (рис. ).

Спільно з Інститутом експериментальної патології, онкології і радіобіології (ІЕПОР) НАН України ім. Р.Є. Кавецького досліджено процеси взаємодії одержаних магніточутливих нанокомпозитів в ультрадисперсних системах, що містять біологічні об’єкти. В якості об’єктів дослідження було використано клітинні лінії MCF_(рак молочної залози людини) та А (клітини епітеліальної карциноми яєчника людини).

Дослідження впливу магніточутливого нанорозмірного носія з поліакріламідним покриттям, на який було адсорбовано цисплатин викликав, наприклад, загибель 65клітин А2780, що на 17перевищує відсоток загиблих клітин під впливом розчину цисплатину еквівалентної концентрації.

Рис. 10. Ізотерма адсорбції платидіаму на поверхні магнітокерованого нанокомпозиту з поліакриламідним покриттям | Рис. 11. Кінетична крива адсорбції платидіаму на поверхні магнітокерованого нанокомпозиту з поліакриламідним покриттям

Аналіз отриманих даних свідчить, що використання магнітокерованих носіїв лікарських засобів дозволяє підвищити цитотоксичний ефект комплексних сполук платини (ІІ) в клітинному середовищі.

З метою створення наукових основ новітніх методик очистки донорської крові від вірусів вивчено взаємодію магніточутливих нанокомпозитів з оболонковим вірусом везикулярного стоматиту (штам Індіана).

Рис. 12. Кінетична крива адсорбції цисплатину на поверхні магнітокерованого нанокомпозиту з поліакриламідним покриттям

Встановлено, що повна деконтамінація вірусу спостерігалась на зразках магнетиту та діоксиду титану.

З метою розпізнавання вірусних частинок були досліджені фізико-хімічні процеси функціоналізації поверхні нанокомпозитів специфічними антитілами.

Спільно з Інститутом гематології і трансфузіології АМН України було проведено біофункціоналізацію магніточутливих нанокомпозитів імуноглобулінами (Ig), специфічними до вірусу гепатиту С (HСV). Біофункціоналізацію поверхні нанокомпозитів проводили простою сорбцією IgСV, вважаючи, що аміногрупи на поверхні сорбентів забезпечують правильну орієнтацію Ig на поверхні і зв’язування карбоксильних груп Fc фрагмента з аміногрупами наночастинок.

Отримані результати свідчать про перспективність розроблених нанокомпозитів для деконтамінації вірусів різної етіології з біологічних рідин.

ВИСНОВКИ

1. Встановлено умови одержання нанорозмірного магнетиту з розміром частинок 30_ нм і Sпит = _ м2/г.

2. З метою створення адсорбентів великої ємності проведено модифікацію поверхні нанорозмірного магнетиту г_амінопропілтриетоксисиланом. Встановлено, що концентрація ОН_груп на поверхні наночастинок магнетиту складає 24 мкмоль/м2 при Sпит = 0 м2/г. Методами ІЧ-Фур’є спектроскопії та термічного аналізу вивчено функціональний склад модифікованої поверхні. Встановлено, що концентрація 2)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 л(=Fe ,17334 нм у кластері вихідного магнетиту і л(-O-Si?) ,16836 нм в молекулі г_АПТЕС. Оцінено вплив на довжини відповідних зв’язків оточення у кластері магнетиту з ковалентно прищепленою г_амінопропілсилоксановою групою. Послаблення зв’язку (=Feл(=Fe = ,17711 нм і посилення зв’язку (?) л(-O-Si?) ,16132 нм зумовлено сильнішим перекриванням електронних оболонок атомів О та Si, порівняно з вихідною молекулою г_АПТЕС. Показано, що відстань між найближчими сусідніми (=Fe-OH) групами становить 0,594 Е, одна (=Fe-OH) група займає площу 0,352 нм2, тобто 77поверхневих 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 Fe3O42 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 єС), 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 .

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. .

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. .

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 г_амінопропілтриетоксисиланом рідинно-фазовим методом // Доповіді НАН України. – 2006. - №1. – С. .

Здобувачем одержано нанорозмірний магнетит, взято участь в модифікуванні поверхні г-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 .

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

6. P.P.L.P., O.O.L.Yu.V.F.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. .

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

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. .

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. .

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. ; 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. ;

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. _;

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. ;

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. .

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

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

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. .

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. ;

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

19. SemkoGorbikStorozhuk., DubrovinChuikoMagnet 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. .

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

21. SemkoGorbikStorozhuk., DzyubenkoDubrovinOranskayaChuikoNanocomposites based on the magnetite modified by silica // conference “Nanomaterials in Chemistry, Biology and Medicine”, Kyiv, 2005. – P. .

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

22. SemkoGorbikStorozhuk., DzyubenkoDubrovinOranskayaChuikoRevoNanocomposites based on the magnetite and polymers // conference “Nanomaterials in Chemistry, Biology and Medicine”, Kyiv, 2005. – P. .

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. .

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. .

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. .

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.V.V.L.S.L.P., A.L.’ka, L.Yu.V.F.Magnetosensitive nanostructures for applications in medicine and biology // the 2st Ukraine-Korea Seminar on Nanophotonics and Nanophysics. – 2006. – Korea. – Р. 1.

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. .

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. _.

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

АНОТАЦІЯ

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 Sпит.=90_ м2/г. Вперше розроблено методику модифікації поверхні нанорозмірного магнетиту поліакриламідом в плазмі ВЧ-розряду; проведено хімічну модифікацію поверхні нанорозмірного магнетиту г_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.

Ключові слова: магнетит, нанорозмірні частинки, поверхня, модифікація, адсорбція, іммобілізація, нанокомпозити.

АННОТАЦИЯ

Сторожук Л.П. Синтез и свойства полифункциональных магниточувствительных нанокомпозитов. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата химических наук по специальности 01.04.18 – физика и химия поверхности. – Институт химии поверхности Национальной академии наук Украины, Киев, 2007.

Диссертация посвящена разработке научных основ химического конструирования многоуровневых магниточувствительных полифункциональных нанокомпозитов и исследованию их физико-химических свойств.

Получено наноразмерный магнетит с удельной поверхностью Sуд = _ м2/г. Впервые разработана методика модификации поверхности наноразмерного магнетита полиакриламидом в плазме ВЧ разряда; проведена химическая модификация поверхности наноразмерного магнетита г_аминопропилтриэтоксисиланом, диоксидами титана и кремния. Комплексом физико-химических методов исследованы структура и свойства полученных нанокомпозитов. Показано, что модификация поверхности приводит к улучшению сорбционных, прочностных и термостабильных характеристик нанокомпозитов в сравнении с исходным магнетитом.

Проведен выбор перспективных химических веществ для иммобилизации на поверхности нанокомпозитов с целью применения в медицине и биологии и осуществлена практическая апробация полученных результатов путем исследования взаимодействия в системе нанокомпозит-биологический объект.

Ключевые слова: магнетит, наноразмерные частицы, поверхность, модификация, адсорбция, иммобилизация, нанокомпозиты.

ABSTRACT

Storozhuk L.P. Synthesis and properties of polyfunctional magnetosensitive nanocomposites. – The Manuscript.

A thesis for competition for a scientific degree of a candidate of chemical sciences in the specialty 01.04.18 – Physics and Chemistry of Surfaces. – Institute of Surface Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.

The thesis is devoted to development of scientific fundamentals of chemical construction of multilevel magnetosensitive polyfunctional nanocomposites and studies of their physico-chemical properties.

Nanosized magnetite having specific surface area Ssp=90_2/g was prepared. For the first time, the method of surface modification of nanosized magnetite with poly(acryl amide) in HF-discharge plasma was developed. Chemical modification of nanosized magnetite surface with г_aminopropyltriethoxysilane, titanium and silicon dioxides was carried out. The structure and properties of the prepared nanocomposites were studied by a complex of physico-chemical methods. It was shown that the surface modification improves adsorptive characteristics, strength, and thermostability of the nanocomposites compared to the initial magnetite.

Selection of prospective chemical compounds for immobilization on the surfaces of the nanocomposites was carried out for the medical and biological applications. Interactions in the systems nanocomposite – biological object were practically tested.

Key words: magnetite, nanosized particles, surface, modification, adsorption, immobilization, nanocomposites.