👨🔬 Саратовские учёные доказали, что возможности наноплатформ не ограничены
Профессор кафедры аналитической химии и химической экологии Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского С.Н. Штыков стал победителем конкурса инициативных проектов Российского научного фонда. Его проект «Многофункциональные наноплатформы как инструмент концентрирования и определения биологически активных веществ» в ближайшие три года будет выполняться на кафедре, которая на протяжении многих десятилетий разрабатывает приоритетные направления в области химии.
Учёные СГУ были пионерами уже в 1976 году, когда начали заниматься мицеллярными растворами, которые образуются из молекул поверхностно-активных веществ. Опередив японцев, американцев и немцев, они первые написали книгу на эту тему. Когда только начинали заниматься реакциями в мицеллах, образующихся в воде, им и в голову не приходило, что эту воду назовут мицеллярной и будут продавать, хотя принцип её действия был понятен: мицеллы растворяют вещества, плохо растворимые в воде. Всё это случилось сейчас, то есть почти через 40 лет.
Но и последние работы саратовских химиков, связанные с нанохимией и нанотехнологиями, вызывают интерес мирового сообщества и востребованы в нашей стране. По словам учёных, нанонаука занимается исследованием эффектов, присущих нанообъектам, а нанотехнология – созданием и использованием веществ, в которых эти эффекты проявляются. В частности, получением квантовых точек полупроводников, углерода, магнитных наночастиц и наночастиц любых других веществ с уникальными свойствами – с переносом энергии или заряда, с намагничиванием, с эффектом свечения. Всё это потом можно использовать и для диагностики в медицине, и для создания нанокомпьютеров или средств преобразования солнечной энергии в электронике.
«Мы как раз и занимаемся проблемой концентрирования примесей, – рассказывает заслуженный деятель науки РФ Сергей Николаевич Штыков. – Она сводится к тому, чтобы научиться обнаруживать всё меньшую и меньшую концентрацию веществ: например, один атом на сто миллионов атомов наночастиц – ведь именно он-то и может искажать физические свойства вещества. Уже существуют методы, которые позволяют определять один атом, одну молекулу – это предел чувствительности в химии. Наша задача – концентрировать эти супермикропримеси, изучать их свойства и выявлять их в отдельных наночастицах, чтобы затем создавать условия для стандартизации производства наночастиц».
Выявленные эффекты мы пытаемся применять для определения, например, антибиотиков в крови животных. Их производит наша фирма «Нита-Фарм». Её специалисты заинтересованы в том, чтобы знать, сколько времени живёт и действует антибиотик, какова динамика его превращения в организме животных и птицы. Для решения этой задачи мы применяем магнитные наночастицы, которые покрываем специальными полимерными молекулами с положительным и отрицательным зарядами, которые позволяют сорбировать противоположно заряженные антибиотики или антиоксиданты (рутин, кверцетин), или пищевые и иные синтетические красители.
Наночастицы с большим успехом можно применить и для очистки сточных вод от тяжёлых металлов. Если с какого-то предприятия идут стоки с тяжёлыми металлами, можно в специальном резервуаре получать магнитные наносорбенты, которые будут их концентрировать, затем собирать магнитом и использовать, например, в строительных материалах или утилизировать. Такие наноматериалы часто называют наноплатформами.
Существуют наноплатформы для доставки лекарств. Есть и другие – для концентрирования и удаления не только тяжёлых металлов, но и любых органических токсических соединений. Этим же способом, то есть магнитом, возможно собирать даже разлитые в воде нефтепродукты, которые будут сорбироваться на поверхности магнитных наночастиц. Проблема в том, что всё это пока делается в лабораторных условиях, в небольших объёмах, а технологам необходимо создавать устройства, способные работать с большими объёмами веществ, может быть даже в проточном варианте.
Можно перечислять ещё много эффектов, которые, по утверждению профессора, применимы в разных направлениях: в электронике, медицине, биохимии, для оценки динамики развития растений, превращений в живых клетках. В перспективе возможности наноплатформ практически не ограничены.
Но, чтобы заниматься нанонаукой, нужны средства. С 1993 года, как только к этому направлению исследований подключился Российский фонд фундаментальных исследований, сотрудники кафедры получили 23 небольших гранта (из них 8 исследовательских), в которых руководителем был С.Н. Штыков. Сейчас получен большой грант Российского научного фонда. Он так и называется: «Многофункциональные наноплатформы как инструмент концентрирования и определения биологически активных веществ».
На эти средства учёные уже могут позволить себе приобрести люминесцентный прибор. В планах на следующий год – спектрофотометр, на котором могут работать все студенты. Сейчас такая возможность есть только у аспирантов, на единственном японском спектрофотометре. В дальнейшем собираются приобрести также сушильный шкаф для наночастиц и другое вспомогательное оборудование.
Более подробная информация по этой теме представлена на сайте СГУ в разделе «НаукоГрад», в статье «Размерный эффект. Что умеют наноплатформы?». Профессор С.Н. Штыков в интервью рассказывает о своих исследованиях, связанных с нанохимией и нанотехнологиями.
Источник: https://www.sgu.ru/news/2021-05-26/saratovskie-uchyonye-dokazali-chto-vozmozhnosti