Введение к работе
Актуальность темы. Использование принципов организации и функционирования биологических мембран для создания хемосенсорных композитных материалов (ХКМ) с целью оптического контроля биохимически активных веществ в настоящее время является одной из активно развивающихся областей науки «на стыке» биоорганической и биологической химии, физической и коллоидной химии, биомедицины и бионанотехнологии. Одним из широко используемых для создания ХКМ подходов является приготовление смесевых композиций на основе ряда необходимых компонентов (хромоионофора и одного или нескольких полимеров и/или сополимеров) для конкретных применений. Действие оптических хемосенсоров основано на измерении поглощения и флуоресценции фоточувствительного реагента при контакте сенсора с определяемым БАВ или его компонентом («аналитом»).
Мониторинг как окружающей среды, так и физиолого-биохимического статуса живых организмов становится все более актуальной и важной задачей по мере развития промышленного производства, медицинской и ветеринарной техники. Поэтому исследования и коммерческие разработки в этих областях ведутся широким фронтом во всех индустриально-развитых странах. Конечной целью является производство разнообразных сравнительно дешевых индивидуальных микро- и наносенсорных устройств, с помощью которых человек мог бы контролировать свое собственное состояние и параметры окружающей среды. Наиболее перспективным является новое направление в медицине и ветеринарии - создание «биороботов» для локальной, селективной диагностики, терапии и хирургии органов и тканей человека и животных.
Данная работа проводилась в рамках проекта «2007-3-2.3-11-02-003» по федеральной научно-технической целевой программе ФНТЦП Минобрнауки РФ «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на .2007-2012 годы» по теме
«Создание системы очувствления внутрисосудистого микроробота для сбора информации о ситуации внутри полости биообъекта» на 2007-2009 г.г. кафедры органической и биологической химии ФГОУ ВПО МГАВМиБ (под руководством проф. Зайцева С.Ю.).
Цель работы - разработка методики получения и структурно-функциональное исследование тонкопленочных материалов как чувствительных элементов химических сенсоров для оптического определения катионов ряда металлов и малых органических соединений.
Исходя из этой цели, были поставлены задачи:
Изучить структуру монослоев ряда биоорганических соединений (БОС) производных краун-эфиров - на границе раздела воздух/вода и воздух/растворы солей щелочных металлов.
Оптимизировать методику получения и исследовать характеристики полимерных матриц для создания ХКМ.
Изучить комплексообразование биоорганических соединений заданного строения с катионами различной природы.
Изучить возможность комплексообразования производных биоорганических соединений с аминосодержащими биологически активными соединениями.
Получить краун-содержащие композитные материалы для создания сенсорных элементов устройств оптического контроля щелочноземельных металлов и малых органических молекул.
Научная новизна работы. Получены и исследованы монослои новых краун-эфирных производных, являющиеся структурно-функциональными моделями биологических мембран. Впервые получены полимерные краун-содержащие материалы, и показана перспективность их использования в создании сенсорных элементов устройств оптического контроля щелочноземельных металлов и малых органических молекул. Изучены свойства биоорганических соединений №1-5 в полимерных матрицах при
комплексообразовании с катионами щелочноземельных металлов и малых биоорганических молекул.
Теоретическая и практическая значимость. Работа проводилась совместно с МГТУ имени Н.Э. Баумана и ЦФ РАН по гос. контракту №02.523.12.3009 «Создание микророботехнического комплекса на основе внутрисосудистого микроробота для осуществления диагностических, терапевтических (доставка лекарственных препаратов) и хирургических процедур при атеросклеротических заболеваниях трубчатых органов».
Рис. 1. Внутрисосудистый «Биоробот», созданный в МГТУ им. Н.Э.Баумана, в модельном сосуде.
Изучены фоточувствительные свойства краун-содержащих стириловых красителей в полимерных матрицах при взаимодействии с катионами щелочноземельных металлов и малых органических молекул. Получены краун-содержащие композитные материалы для создания сенсорных элементов устройств оптического контроля щелочноземельных металлов и малых органических молекул. Результаты диссертационной работы используются для обучения студентов 3, 4 и 5 курсов ветеринарно-
биологического факультета ФГОУ ВПО МГАВМиБ в учебных курсах «Биохимия» и «Спектральные методы исследования».
Основные положения, выносимые на защиту:
Методики получения и характеристики монослоев биоорганических краун-содержащих соединений № 1, №2 и №4.
Методики получения оптимальных по составу и свойствам полимерных матриц.
Данные по спектральным характеристикам биоорганического азакраун содержащего соединения №3 с щелочноземельными металлами.
Данные по спектральным характеристикам биоорганического бисстирилового красителя ряда пиридина (соединение №5) с солями алкандиаммония и аминокислотой - глицином.
ХКМ с иммобилизированными биоорганическими соединениями как элементы сенсорных устройств оптического контроля щелочноземельных металлов и малых органических молекул.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на Четвертой Всероссийской Каргинской конференции «Наука о полимерах 21-му веку», МГУ, Москва, 2007 г.; на XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии, РАН, Москва, 2007 г.; на III международной конференции по коллоидной химии и физико-химической механике, МГУ, Москва, 2008; на международной научно-практической конференции «Достижения супрамолекулярной химии и биохимии в ветеринарии и зоотехнии», ФГОУ ВПО МГАВМиБ, Москва, 2008 г.; на конференциях молодых ученых и семинарах в ФГОУ ВПО МГАВМиБ (2006-2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 печатных работ, из них 5 статей (в т.ч. 3 - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК: 2 - в журнале «Известия ВУЗов», 1 - в журнале
«Ветеринарная медицина»), 9 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
Личный вклад автора. Все экспериментальные исследования были проведены лично автором. В обработке данных участвовал ряд сотрудников кафедры органической и биологической химии под руководством заведующего кафедрой проф. СЮ. Зайцева
Структура и объем работы. Материалы диссертационной работы изложены на 133 страницах. В работе приведено 43 рисунков и 22 таблиц. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов экспериментов и их обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы включает 84 источника (из них 27 отечественных и 57 зарубежных).
