Реферат Проекта РНП 2.1.1. № 4139

Реферат
Проекта РНП 2.1.1. № 4139
Отчет 87 с., 1 ч., 39 рис., 11 табл., 70 источников, 4 прил.
<КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА – САМООРГАНИЗАЦИЯ, СЛОЖНЫЕ МОЛЕКУЛЫ, НАНОСТРУКТУРЫ,
ПОЛИМЕРНЫЕ ПЛЕНКИ, КВАНТОВОХИМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ, ТЕТРАПИРРОЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ,
КВАНТОВЫЕ ТОЧКИ, СТЕКИНГ-АГРЕГАТЫ >




Объект исследования– сложные молекулы, их агрегированные формы, кластеры и
наноструктуры, находящиеся в гетерогенных условиях.
Цель работы - Исследование роли физико-химических факторов в процессах
самоорганизации сложных органических молекул на границах раздела фаз.
Методы исследования – двойное лучепреломления, метод наклонного поляризованного
луча, спектрофотометрические (в УФ, видимом и ИК диапазонах), массспектрометрические, люминесцентные, ядерный магнитный резонанс, квантовохимические расчеты.
Результаты работы:

Методом наклонного поляризованного луча исследовано двойное лучепреломление (ДЛП) в тонких
слоях звездоподобного пентамерного полиорганоциклосилоксана (ППЦС). Приведены зависимости
коэффициента ДЛП от температуры и толщины поверхностного слоя. Из полученных зависимостей
определены температура плавления соединения, а также параметр ориентационного порядка
S = -0.27.
Проведена теоретическая оценка анизотропии поляризуемостей молекул ППЦС. Предложена модель
надмолекулярных структур с образованием доменов в виде стопок из молекул ППЦС.

Разработана модель примесного молекулярного кристалла бензойная кислота – дифенил. Исследовано
взаимодействие нескольких молекул в случае чистого и примесного молекулярного кристалла. Рассчитаны
спектрально-люминесцентные свойства и константы скоростей различных фотопроцессов в молекулах
полуэмпирическим квантово–химическим методом ЧПДП/С (метод Частичного пренебрежения
дифференциальным перекрыванием со спектроскопической параметризацией). На основании данных
расчета рассмотрены возможные механизмы синглетного или триплетного переноса энергии.

Исследовано влияние внешнего электростатического поля на геометрию комплексов с водородной
связью при переходе от твердого тела к высокополярному апротонному растворителю. Геометрия
комплексов оценивалась с использованием корреляционной зависимости между значениями изотропного
химического сдвига 15N и расстоянием N…H.

Проведено квантовохимическое исследование энергий и интенсивностей электронных переходов ряда
металлопорфиринов и металлофталоцианинов методом связанных кластеров. Впервые данным методом
проведены систематические расчеты комплексов тетрапиррольных соединений с переходными металлами и
некоторых их анионных форм. Показано, что даже с использованием сравнительно узкого базиса (6-31G),
благодаря систематическому учету электронных корреляций, данный метод позволяет получить
результаты, вполне согласующиеся как с проведенными ранее расчетами тех же объектов
полуэмпирическим методом ZINDO/S-CI, так и с экспериментом.

Изучено влияние ионов европия на люминесценцию мономеров и стэкинг-агрегатов аденина в водном
растворе и обнаружен рост агрегации при добавлении в раствор ионов европия. Квантово-химическим
методом DFT показано, что ионы натрия стабилизируют стэкинг-димер аденина.

Исследовано образование агрегированных форм фталоцианина магния. Оптическими методами
(спектрофотометрия, люминесценция) показано, что молекулы фталоцианинов, предварительно
находившиеся в растворе (мономеры), способны к самосборке в агрегированные формы (димеры,
мультимеры).

Проведено компьютерное моделирование процесса диффузии оксида азота (II) (NO) через
модельную 2-х компонентную биомембрану. Показано, что по мере диффузии молекул NO в липидный
бислой происходит их вращение. К окончанию процесса расчета (14390 пс) молекулы распределись в
бислое на глубину до ¾ его толщины. Полученные уточненные значения коэффициентов диффузии
свидетельствуют в пользу свободной диффузии через мембраны как возможного механизма проникновения
молекул NO в клетку.

Построена 3-х компонентная бислойная модель мембраны из молекул фосфатидилхолина,
фосфатидилэтаноламина, фосфатидилсерина (ФТС) и воды. Расчеты выявили в ней область с высокой
концентрацией ФТС. Показано, что тетрапептид кортаген, размещенный над мембраной, перемещается из
области с высокой в область с низкой концентрацией ФТС. Эти перемещения через 2.2 нс затормаживаются
образованием водородных связей с фосфолипидами. Взаимодействуя с 2-х компонентной мембраной
кортаген образует “дугу”, гидрофобные концы которой обращены к мембране, а гидрофильная середина к
воде.

проведены предварительные эксперименты по изучению взаимодействия комплексов фуллерена
С60 с поливинилпирролидоном. Осуществлен синтез водорастворимых комплексов фуллерена С60 с
матрицей полимерного носителя поливинилпирролидона. Проведено измерение общей активности
мембранного фермента Na/K - АТФазы в эритроцитах и при действии аддукта фуллерена с
поливинилпирролидоном. Показано, что механизмы действия компонентов комплекса ПВП/С60 могут
различаться. ПВП взаимодействуя с Na/K – АТФазой с наружной стороны мембраны эритроцита приводит
к увеличению АТФазной активности, в то время, как фуллерен С60 взаимодействует с внутримембранными
доменами, снижая ее.

Рассмотрены некоторые качественные особенности управления процессами самоорганизации в
живых системах. Проанализированы основные механизмы управления в пространственно-распределенных
системах – управление через начальное распределение, параметрическое управление, граничное
управление. Показано, что нанотехнологии стимулируют развитие новых, до сих пор не встречавшихся
реализаций управления с помощью встраивания в клетки наночастиц различной химической природы. При
этом клетка приобретает искусственные мишени, воспринимающие воздействия внешних физических
полей и способны пространственно векторизовать процессы самоорганизации. Показаны предварительные
результаты по внедрению в клетки микромицетов водорастворимых производных квантовых точек типа
ядро/оболочка CdSe/ZnS





Степень внедрения – проводится подготовка специалистов на физическом и биологопочвенном факультетах СПбГУ. По некоторым результатам поданы заявки на патенты
РФ.
Рекомендации к внедрению – использование учебно-методических и разработок для
подготовки высококвалифицированных специалистов. Полученные результаты могут
являться основой для разработки высоких технологий:
Область применения – вузы РФ, научно-исследовательские организации и предприятия,
создающие оборудование для следующих технологий: очистка окружающей среды от
стойких органических загрязнений с использованием энергии солнечного излучения;
водоочистка – есть патент; создание физических основ для разработки оптоэлектронных
устройств нового поколения; изготовление оптических материалов, содержащих
полупроводниковые квантово-размерные структуры; получение водородного топлива
путем фотокаталитического разложения воды под действием солнечного излучения;
создание защитных покрытий с антимикробными свойствами.
Экономическая эффективность метода или значимость – использование
высококвалифицированного персонала и дорогостоящего оборудования для решения двух
государственных задач: развития образования и науки.
Прогнозные предложения о развитии объекта исследования. Разрабатываемые
образовательные предметы и темы фундаментальных исследований следует развивать и
вводить в практику.