Направленный синтез, фотохимические свойства и биологическая активность наноматериалов и гибридных материалов на основе оксида вольфрама(VI)

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 18-73-10150

НазваниеНаправленный синтез, фотохимические свойства и биологическая активность наноматериалов и гибридных материалов на основе оксида вольфрама(VI)

Руководитель Иванова Ольга Сергеевна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова триоксид вольфрама, наноматериалы, материалы биомедицинского назначения, токсичность, фототоксичность, радиотоксичность, гибридные материалы, полиэлектролитные микрокапсулы, целлюлоза

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Основной задачей проекта является разработка новых наноматериалов на основе оксида вольфрама, в том числе гибридных органо-неорганических (композиты типа «оксид вольфрама–наноцеллюлоза», «оксид вольфрама–многослойные полиэлектролитные микрокапсулы»), в качестве потенциальных тераностических агентов для диагностики и терапии социально-значимых заболеваний, включая онкологические заболевания. Поставленная в проекте задача представляет собой комплексное масштабное междисциплинарное исследование, направленное на разработку методов получения нанодисперсного оксида вольфрама в формах, пригодных для его последующего использования в составе биомедицинских композиций, в первую очередь – в виде порошков, водных дисперсий (в том числе в составе биосовместимых полиэлектролитных микрокапсул), а также пленок на основе органических биосовместимых полимеров (в том числе целлюлозы). Запланированные в рамках проекта исследования позволят получить достоверную и детальную информацию о токсичности (в первую очередь, фотоцитотоксичности) наночастиц оксида вольфрама, в том числе в зависимости от размерного фактора и способа синтеза, а также о токсичности гибридных материалов на его основе. Актуальность запланированных исследований обусловлена необходимостью создания новых наноматериалов для терапии и диагностики (тераностики) социально-значимых заболеваний, в том числе онкологических, а также разработке новых антибиотических препаратов широкого спектра действия, не вызывающих возникновения антибиотикорезистентности бактерий. Актуальность планируемых исследований подтверждается устойчивым ростом числа публикаций и патентов по данной тематике. Научная новизна исследований состоит в систематическом анализе биологической активности, в первую очередь, токсичности, фототоксичности и радиотоксичности, нанодисперсных материалов на основе оксида вольфрама(VI). Для решения поставленной задачи будут созданы новые синтетические методики и получены различные типы наноматериалов на основе WO3 различной дисперсности (в диапазоне от 2 до >100 нм), как нестабилизированные, так и стабилизированные различными биосовместимыми лигандами, а также созданы принципиально новые гибридные материалы на основе триоксида вольфрама, полиэлектролитных микрокапсул и целлюлозных пленок. Все полученные наноматериалы будут охарактеризованы комплексом современных взаимодополняющих методов физико-химического анализа, а также исследованы на предмет токсичности по отношению к культурам нормальных и малигнизированных клеток. Подобное комплексное исследование, включающее в себя синтез широкого круга новых наноматериалов и гибридных материалов на основе WO3 и анализ их физико-химических свойств и биологической активности, будет проведено впервые в мировой научной практике. Достижимость успешного решения поставленной задачи и получения запланированных результатов обусловлена следующими факторами. Коллектив исполнителей проекта включает в себя специалистов в области неорганической химии, неорганического материаловедения, термохимии, коллоидной химии и биологии, имеющих многолетний опыт разработки методов синтеза нанокристаллических оксидных материалов с использованием подходов «мягкой химии», в т.ч. получения коллоидных систем – гелей и золей. Квалификация исполнителей проекта подтверждается реализацией проектов по близким тематикам и наличием публикаций в высокорейтинговых отечественных и зарубежных научных журналах, индексируемых в базе данных Web of Science (общее количество таких публикаций у коллектива исполнителей превышает 30). Участники проекта имеют значительный опыт работы с культурами клеток и тканей эукариот (выделение, культивирование, пассирование, криоконсервация), в том числе с первичными культурами клеток, а также опыт исследований с использованием методов конфокальной флуоресцентной микроскопии, проточной цитометрии, современных молекулярных методов оценки уровня экспрессии генов, уровня окислительных повреждений нуклеиновых кислот (ПЦР в реальном времени, ИФА), анализа уровня активных форм кислорода в растворах и клеточных культурах с использованием люминесцентных методов. У авторов проекта имеется значительный экспериментальный задел, непосредственно связанный с тематикой проекта, подтвердивший ее перспективность и определивший первоочередные направления исследований. В рамках предварительных исследований синтезирован новый тип фотохромных наночастиц оксида вольфрама, показавших высокую фотокаталитическую и фотоцитотоксическую активность; отработаны методы получения полиэлектролитных микрокапсул, модифицированных нанокристаллическими оксидами металлов; предложены методы получения гибридных функциональных наноматериалов на основе целлюлозы и оксидов металлов; показано, что полученные гибридные материалы могут быть использованы для доставки лекарственных препаратов различного класса и их контролируемого высвобождения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Хань Б., Попов А.Л., Шекунова Т.О., Козлов Д.А., Иванова О.С., Румянцев А.А., Щербаков А.Б., Попова Н.Р., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Highly crystalline WO3 nanoparticles are non-toxic to stem cells and cancer cells Journal of Nanomaterials, V.2019. 5384132 (год публикации - 2019)
10.1155/2019/5384132

2. Попов А.Л., Савинцева И.В., Попова Н.Р., Иванова О.С., Щербаков А.Б., Шекунова Т.О., Козлов Д.Н., Иванов В.К. PVP-stabilized tungsten oxide nanoparticles (WO3) nanoparticles cause hemolysis of human erythrocytes in dose-dependent manner Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, V.10. No.2. P.199–205 (год публикации - 2019)
10.17586/2220-8054-2019-10-2-199-205

3. Попов А.Л., Ермаков А.М., Шекунова Т.О., Щербаков А.Б., Ермакова О.Н., Иванова О.С., Попова Н.Р., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. PVP-stabilized tungsten oxide nanoparticles inhibit proliferation of NCTC L929 mouse fibroblasts via induction of intracellular oxidative stress Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, V.10. No.1. P.92–101 (год публикации - 2019)
10.17586/2220-8054-2019-10-1-92-101

4. Шекунова Т.О., Иванова О.С., Ермаков А.М., Савинцева И.В., Колманович Д.Д., Аккизов А.Ю., Баранчиков А.Е., Попов А.Л. Селективная цитотоксичность нанокристаллического триоксида вольфрама in vitro Сборник тезисов 23-ой Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «БИОЛОГИЯ - НАУКА XXI ВЕКА», С.106 (год публикации - 2019)

5. Евдокимова О.Л., Кусова Т.В., Иванова О.С., Щербаков А.Б., Ёров Х.Э., Баранчиков А.Е., Агафонов А.В., Иванов В.К. Highly reversible photochromism in composite WO3/nanocellulose films Cellulose, V.26(17). P.9095–9105 (год публикации - 2019)
10.1007/s10570-019-02716-2

6. Попов А.Л., Хань Б., Ермаков А.М., Савинцева И.В., Ермакова О.Н., Попова Н.Р., Щербаков А.Б., Шекунова Т.О., Иванова О.С., Козлов Д.А., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. PVP-stabilized tungsten oxide nanoparticles: pH sensitive anti-cancer platform with high cytotoxicity Materials Science and Engineering: C, V.108. 110494. (год публикации - 2020)
10.1016/j.msec.2019.110494

7. Козлов Д.А., Шекунова Т.О., Щербаков А.Б., Иванова О.С., Иванов В.К. Photochromic tungsten oxide nanoparticles: Synthesis, optical properties and structure 9th International Colloids Conference, P.104. (год публикации - 2019)

8. Япрынцев А.Д., Иванова О.С., Янг Л., Румянцева М.Н., Матович Б., Иванов В.К. Hydrogen peroxide-assisted route for nanocrystalline WO3 synthesis with excellent sensing response 5th Conference of The Serbian Society for Ceramic Materials, P.70. (год публикации - 2019)

9. Хань Б., Хорошилов А.В., Тюрин А.В., Баранчиков А.Е., Разумов М.И., Иванова О.С., Гавричев К.С., Иванов В.К. WO3 thermodynamic properties at 80–1256 K revisited Journal of Thermal analysis and Calorimetry (год публикации - 2020)
10.1007/s10973-020-09345-z

10. Козлов Д.А., Щербаков А.Б., Козлова Т.О., Ангелов Б., Копица Г.П., Гаршев А.В., Баранчиков А.Е., Иванов О.С., Иванов В.К. Photochromic and Photocatalytic Properties of Ultra-Small PVP-Stabilized WO3 Nanoparticles Molecules, V.25. 154 (год публикации - 2020)
10.3390/molecules25010154

11. Козлов Д.А., Козлова Т.О., Щербаков А.Б., Анохин Е.О., Иванова О.С., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. УФ-индуцированное фотокаталитическое восстановление красителя метиленового синего в присутствии фотохромных золей оксида вольфрама Журнал неорганической химии (год публикации - 2020)

12. Румянцев А.А., Филиппова А.Д., Иванова О.С. Селективный синтез h-WO3 и m-WO3 гидротермальной обработкой B-паравольфрамата аммония в присутствии лимонной кислоты II Научно-техническая конференция «Материалы с заданными свойствами на переходе к новому технологическому укладу: Химические технологии», С.150-151 (год публикации - 2020)

13. Бушкова Т.М., Егорова А.А., Хорошилов А.В., Иванова О.С., Япрынцев А.Д., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Селективный синтез g-WO3 и β-WO3*H2O гидротермальной обработкой пероксовольфрамовой кислоты Журнал неорганической химии, Т.66. №4. С.470–476. (год публикации - 2021)
10.31857/S0044457X21040073

14. Попков М.А., Каменева С.В., Лугинина А.А., Япрынцев А.Д., Щербаков А.Б., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. УФ-защитные композитные материалы на основе нанокристаллической целлюлозы, модифицированной нанодисперсным диоксидом церия Шестой междисциплинарный научный форум с международным участием "Новые материалы и перспективные технологии", С.108-109 (год публикации - 2020)

Публикации