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:
- Двухканальный спектрометр AvaSpec 2048 (Avantes) снабженный ячейкой Пелтье.
- Спектрофотометр UNICO 2800.
- ДСК калориметр СКАЛ-1 для измерения теплоемкости белков в растворах.
- Дифференциальный калориметр титрования для определения термодинамических характеристик процессов молекулярного комплексообразования в растворах.
- 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).
- Вискозиметр с электронной регистрацией сигнала истечения жидкости.
- Камеры для вертикального и горизонтального электрофореза с трансиллюминатором.
- Дериватограф 1000Д "Мом" с возможностью электронной регистрации кривых DTA, DTG, TG.
