Лаборатория 1-7. Физическая химия растворов макроциклических соединений

Научное направление: 
Химия растворов, теоретические основы химико-технологических процессов в жидких средах

Тема исследований лаборатории  1-7

«Химия и фотоника красителей и люминофоров на основе открытоцепных и макроциклических олигопирролов (дипиррометены, порфирины, фталоцианины) и их координационных соединений» 

Руководитель: Вьюгин Анатолий Иванович, доктор химических наук, профессор

включает два  основных направления исследования: открытоцепных и макроциклических олигопиррольных соединений.

Исследования открытоцепных олигопиррольных красителей и люминофоров природного и синтетического происхождения направлены на развитие фундаментальных представлений о влиянии структурных и сольватационных факторов на практически значимые свойства лигандов и  координационных соединений, молекулы которых содержат от одного до четырех и более хромофорных дипиррометеновых доменов. Разрабатываются  эффективные методики синтеза новых олигопиррольных лигандов и их координационных соединений с p-, d- и f-элементами, в том числе, бор(III)дипиррометенов (BODIPY) как наиболее перспективных и многофункциональных среди известных классов люминофоров. Изучаются хромофорные, люминесцентные, координационные, кислотно-основные, окислительно-восстановительные свойства дипиррометенов, бис(дипиррометенов) и их комплексов с варьируемым алкильным замещением и различной природой спейсерных групп между доменами. Проводится поиск корреляций «структура, среда→свойство», полезных для развития новых направлений структурной модернизации и практического применения соединений в качестве высокочувствительных хромофорных и флуоресцентных сенсеров, биомаркеров, лазерных красителей, компонентов оптических устройств и пр. (отв.исполнители д.х.н., проф. Березин М.Б., д.х.н., проф. Антина Е.В., ст.н.с., к.х.н. Гусева Г.Б., н.с., к.х.н. Антина Л.А., м.н.с., к.х.н. Ксенофонтов А.А.). 

Основные проблемы, результаты, текущее состояние исследований открытоцепных олигопиррольных красителей и люминофоров: 

 

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ТОКСИЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ В ПАРАХ И РАСТВОРАХ

Разработаны новые флуоресцентные сенсорные материалы на основе цинк(II)бис(дипиррометенатов) допированных в таблетки этилцеллюлозы. Cенсор, оптический отклик которого основан на мгновенном тушении флуоресценции в присутствии паров аналитов, благодаря высокой чувствительности и простоте использования может найти применение в промышленных, медицинских и лабораторных целях для детектирования паров токсичных соединений.

 

НОВЫЕ ЭФФЕКТИВНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СЕНСОРЫ КИСЛОРОДА В ГАЗОВЫХ СМЕСЯХ

На основе композитов из метилцеллюлозы, допированной галогензамещенными Zn(II) И B(III)дипиррометенатами, разработаны твердотельные сенсоры с почти мгновенным (менее 10 сек) откликом и высокой чувствительностью фосфоресценции к присутствию кислорода (IAr/IO2 = 77) в газовых смесях.

ДЕТЕКТИРОВАНИЕ ДОПИНГ-МАСКИРУЮЩИХ АГЕНТОВ В ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЯХ

Разработаны новые флуоресцентные сенсорные материалы для микроколичественного определения диуретиков в растворах и образцах человеческой мочи.

 

НОВЫЙ ТИП ВЫСОКОЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ И СЕЛЕКТИВНЫХ КОЛОРИМЕТРИЧЕСКИХ И ФЛУОРЕСЦЕНТНЫХ СЕНСОРОВ ИОНОВ ЦИНКА, КАДМИЯ И РТУТИ

Разработан новый тип эффективных колориметрических и флуоресцентных сенсоров следовых количеств (до ~10-9 моль/л) ионов Hg2+, Cd2+, Cu2+, Co2+, Zn2+ и Ni 2+ для биоанализа и контроля загрязнений объектов окружающей среды. Достоинства: мгновенный отклик, высокие селективность и чувствительность, простота детектирования.

ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ МАРКЕРЫ ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ БИОМОЛЕКУЛ

На платформе BODIPY люминофоров разработаны новые биомаркеры, способные дифференциально окрашивать органеллы грамм-положительных и грамм-отрицательных бактерий в смешанных культурах. Люминофоры не токсичны, обладают интенсивной флуоресценцией в сине-зеленой области спектра, высокой фотостабильностью и могут быть использованы для идентификации отдельных возбудителей грибковых инфекций в смешанных культурах, визуализации структурных изменений плазматической мембраны при апоптозе клеток.

ФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ ЗОНДЫ ДЛЯ МАРКИРОВКИ ГИДРОФОБНЫХ И ГИДРОФИЛЬНЫХ ЗОН ТРАНСПОРТНЫХ БЕЛКОВ КРОВИ

Получены флуоресцентные зонды на основе BODIPY для визуализации транспортных белков крови.

КОМПОНЕНТЫ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ

По результатам получения и исследования свойств супрамолекулярных структур и конъюгатов  дипиррометеновых люминофоров с фуллеренами и однослойными углегодными нанотрубками (ОУНТ) обоснована перспективность создания новых  фотоактивных устройств, перспективных для использования в различных областях науки и техники. 

ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИТЫ И 3D-НАНОАРХИТЕКТУРЫ

Получение и исследование свойств новых композитных полимерных материалов и тонких пленок на BODIPY платформе направлены на разработку новых гибридных люминесцентных материалов,  перспективных для использования в OLED, молекулярной биологии и ФДТ.

 

Второе научное направление, связано с изучением макроциклических олигопиррольных соединений и их комплексов с биополимерами. (отв. исполнители д.х.н., в.н.с. Лебедева Н.Ш., с.н.с., к.х.н. Гусейнов С.С., н.с., к.х.н. Губарев Ю.А., н.с., к.х.н. Юрина Е.С.). 

Проводимые исследования направлены на решение ряда научных задач:

  • установление корреляционных соотношений «структура макроциклического тетрапиррольного соединения – свойство (фотохимические, спектральные, термохимические, комплексообразующие и др.»
  • конструирование супрамолекулярных и биомиметических систем на основе макроциклических соединений, изучение их свойств.
  • термостабилизация протеинов, получение низкомолекулярных термопротекторов белков и установление механизма их действия.
  • установление основных закономерностей связывания эндо- и экзогенных порфиринов протеинами, которое приводит к агрегации белков, а также установление факторов и механизмов, позволяющих управлять самоагрегацией белков.
  • разработка транспортных систем для водонерастворимых фотосенсибилизаторов, капсулирование гидрофобных молекул макроциклических тетрапиррольных соединений.
  • установление закономерностей влияния комплексообразования макроциклических тетрапиррольных соединений с биополимерами (хитозан, протеины, ДНК) на термостабильность биополимеров в инертной и окислительной атмосферах.
  • исследование интеркаляционных взаимодействий макроциклических тетрапиррольных соединений с ДНК с целью создания новых фотоуправляемых химиотерапевтических противораковых, противовирусных и противомикробных препаратов.

В группе имеется следующее оборудование:

  1. Двухканальный спектрометр AvaSpec 2048 (Avantes) снабженный ячейкой Пелтье.
  2. Спектрофотометр UNICO 2800.
  3. ДСК калориметр СКАЛ-1 для измерения теплоемкости белков в растворах.
  4. Дифференциальный калориметр титрования для определения термодинамических характеристик процессов молекулярного комплексообразования в растворах.
  5. Дифференциальный фотокалориметр титрования позволяющий определять термодинамические характеристики комплексообразования как в темновой фазе, так и при фото-воздействии. Конструкция калориметрической ячейки позволяет наряду с регистрацией теплового эффекта фиксировать изменения спектральных характеристик исследуемых растворов (ЭСП и флуоресценция).
  6. Вискозиметр с электронной регистрацией сигнала истечения жидкости.
  7. Камеры для вертикального и горизонтального электрофореза с трансиллюминатором.
  8. Дериватограф 1000Д "Мом" с возможностью электронной регистрации кривых DTA, DTG, TG.
Награды:

 

  • Государственный контракт по программе Президиума РАН:  «Направленный синтез неорганических веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе» Государственный контракт № 10002-251/П-09/129-134/260603-894; Руководитель Вьюгин А.И.
  • Грант «Фонда содействия отечественной науке»  в номинации «Кандидаты наук РАН» за 2004 год получила Лебедева Н.Ш.
  • Лебедева Н.Ш. в 2003г награждена почетной грамотой Министерства образования
  • Антина Е.В. в 2001г. награждена нагрудным знаком Министерства образования «За развитие студенческой научной работы» и в 1999г. награждена почетной грамотой - благодарностью РАН за многолетнюю и плодотворную работу в Академии.
  • Коллектив участвует в выполнении Программы Президиума РАН «Направленный синтез веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе», раздел П-8. Исследования поддержаны региональными грантами РФФИ: «Координационные свойства линейных олигопирролов как эффективных хелатных лигандов и экстрагентов» №06-03-96341 и «Влияние кислотно-основных равновесий на электростатическое “узнавание” молекул аминокислот и пептидов в реакциях с модельными рецепторами кофермента пиридоксальфосфата в водных буферных системах» № 06-03-96312. Фондом содействия отечественной науке поддержана работа кандидата наук Павлычевой Н.А.

Проекты, гранты:

Государственный контракт по программе Президиума РАН:  «Направленный синтез неорганических веществ с заданными свойствами и создание функциональных материалов на их основе» Государственный контракт № 10002-251/П-09/129-134/260603-894

РФФИ: «Роль кислотно-основных, электростатических, сольватационных и гидрофобных эффектов в образованииоснований Шиффа как промежуточной стадии ферментативного превращения аминокислот и пептидов» № 09-03-97510-р_центр_а

РФФИ: «Новые иммобилизированные фотосенсибилизаторы на основе конформационно-жестких макрогетероциклов, характеризующиеся широким диапазоном фотоактивации и высокой фотокаталитической активностью» № 09-03-00296-а

АВЦП «Развитие научного потенциала высшей школы (2009–2010 гг.)» (проект № 2.1.1/827), 

ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (госконтракт № 02.740.11.0253). 

Грант «Фонда содействия отечественной науке»  в номинации «Кандидаты и доктора наук РАН» за 2008-2009

РФФИ 20-04-60067 Вирусы Модификация макрогетероциклических соединений порфиринового класса для обеспечения высокой аффинности к S-белку SARS-CoV-2 и нарушения структурной целостности протеина.

РФФИ 19-03-00468 Исследование влияния связывания экзо- и эндогенных порфиринов альбумином сыворотки крови на агрегацию белка.

РНФ №16-13-10453 Синтез, строение и свойства молекулярных и супрамолекулярных сенсоров на основе водорастворимых макрогетероциклов и их потенциальное применение в медицине и экологии.

РНФ 14­-23-­00204, 14-23-00204П. Новые функциональные материалы на основе полигетероциклических соединений: синтез и применение. Исполнитель

РФФИ №12-03-97524-р_центр_а Новые сайт-специфичные маркеры конформационного состояния альбумина на основе фталоцианинов для флуоресцентной диагностики заболеваний

РФФИ №12-03-31426 Новый подход к изучению комплексообразования между производными фталоцианина и альбумином с целью создания научных основ прогнозирования свойств белковых комплексов макрогетероциклических соединений.

РФФИ №12-03-31423 Новые сайт специфические маркеры для биополимеров на основе порфиринов, обладающие повышенной стерео селективностью

Ведущий научный сотрудник
Доктор химических наук
профессор
Научный сотрудник
Кандидат химических наук
Главный научный сотрудник
Доктор химических наук
профессор
Научный сотрудник
Кандидат химических наук
Заведующий лабораторией
Доктор химических наук
профессор
Научный сотрудник
Кандидат химических наук
Старший научный сотрудник
Кандидат химических наук
Старший научный сотрудник
Кандидат химических наук
Младший научный сотрудник, аспирант, Junior researcher, Ph.D. student
Научный сотрудник, Researcher
Кандидат химических наук
Ведущий научный сотрудник
Доктор химических наук
доцент
Научный сотрудник
Кандидат химических наук

Антина Елена Владимировна: ORCIDScopus Author ID, ResearcherID

Антина Любовь Анатольевна: Scopus Author ID

Березин Михаил Борисович: ORCID, Scopus Author ID, ResearcherID

Бумагина Наталья Анатольевна: Scopus Author ID

Вьюгин Анатолий Иванович: ORCID, Scopus Author ID, ResearcherID

Губарев Юрий Александрович: ORCID, Scopus Author ID, ResearcherID

Гусева Галина Борисовна: ORCID, Scopus Author ID, ResearcherID

Гусейнов Сабир Сайидович: Scopus Author ID

Калягин Александр Алексеевич: ORCID, Scopus Author ID

Критская Анна Юрьевна: Scopus Author ID

Ксенофонтов Александр Андреевич: ORCID, Scopus Author ID, ResearcherID

Лебедева Наталья Шамильевна: ORCID, Scopus Author ID, ResearcherID

Нуранеева Екатерина Наиловна: Scopus Author ID

Юрина Елена Сергеевна: ORCID, Scopus Author ID, ResearcherID