Нанобиоархитектоника: направленный дизайн гибридных материалов

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 18-79-00269

НазваниеНанобиоархитектоника: направленный дизайн гибридных материалов

Руководитель Кривошапкина Елена Федоровна, Доктор химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" , г Санкт-Петербург

Конкурс №29 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-205 - Разработка новых конструкционных материалов и покрытий

Ключевые слова Наночастицы; гибридные материалы; органо-неорганические композиты; склеропротеины; нанобиоархитектоника; функциональные материалы; тканевая инженерия

Код ГРНТИ31.15.37

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Разработка новых материалов, обладающих уникальными свойствами, является приоритетным направлением научно-технологического развития. Выявление закономерностей и изучение механизмов формирования биоматериалов живыми объектами помогает исследователям понять процессы, заложенные природой, особенности которых могут быть перенесены на полностью синтетические объекты. В результате открываются возможности управления строением и свойствами объектов нано- и микромира. Уникальность природных волокон и тканей, созданных эволюцией за миллионы лет, во многом определяется их организацией на молекулярном уровне. В отличие от синтетических полимеров, протеиновые молекулы обладают развитой вторичной и третичной структурой, определяющей их организацию на более высоком уровне и приводящей к выдающимся физико-химическим характеристикам. С развитием нанотехнологий появилась возможность получать качественно новые гибридные материалы с расширенным спектром функциональных свойств, благодаря образованию комплексов между наночастицами и склеропротеинами, приводящими к формированию надмолекулярных структур. В данном проекте будут исследованы механизмы образования надмолекулярных структур между склеропротеинами и неорганическими наночастицами, что приведет к возможности получения на их основе функциональных органо-неорганических нанокомпозитов. Это подразумевает применение комплексного подхода со следующими направлениями развития: создание отсутствующего на данный момент прочного теоретического фундамента, описывающего особенности взаимодействия субъединиц биополимеров с отдельными наночастицами и варианты их координирования, происходящие конформационные перестройки; разработку методик синтеза биосовместимых неорганических наночастиц, пригодных для взаимодействия с молекулами биологического происхождения и получение на их основе органо-неорганических материалов. Такой системный подход, рассматривающий особенности комплексообразования и предсказывающий будущие свойства композитных материалов, определяет научную новизну проекта. В качестве основных результатов планируется создание модели взаимодействия неорганических наночастиц с полимерными биомолекулами с последующей ее апробацией. Полученные модели будут использованы при создании биокомпозитных материалов на основе склеропротеинов шелка пауков и наночастиц оксидов титана, железа, а также наночастиц золота и серебра для нужд биомедицины, трансплантологии, оптики, электротехники. Полученные системы будут подвергнуты тщательному физико-химическому, механическому, биологическому анализу, позволяющему сделать выводы о взаимосвязи структуры биокомпозитов и их свойств. Запланировано проведение тестов на цитотоксичность, антимикробное и ранозаживляющее действие полученных материалов. По итогам реализации проекта будет разработан системный подход к созданию органо-неорганических биокомпозитов на основе структурных протеинов паутины с контролируемой нанобиоархитектоникой. Это позволит опубликовать не менее 4 статей в высокорейтинговых журналах мирового уровня (расшифровка: 1-2 статьи уровня Chemical Communications, Nanoscale, Biomaterials (impact factor 5-7); 3-2 статьи уровня J Mater Chem B, RSC Advances, Journal Sol-Gel Science and Technology (impact factor 2-4).

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Парамонова А.П., Кривошапкина Е.Ф. Optically active inorganic nanoparticles for design of hybrid materials International Student Conference “Science and Progress-2018” — SPb.: SOLO, 2018 – 376 pp., International Student Conference “Science and Progress-2018” — SPb.: SOLO, 2018 – p. 82. (год публикации - 2018)

2. Кривошапкина Е.Ф. Nanobioarchitectonics: directed design of hybrid materials Book of abstracts "Medical Imaging Alliance: Siberia and UK", Book of abstracts "Medical Imaging Alliance: Siberia and UK", Novosibirsk, 2018, p. 18-19 (год публикации - 2018)

3. Парамонова А.П., Киселев Г.О., Кривошапкина Е.Ф., Кривошапкин П.В. Получение гибридных оптически активных материалов на основе склеропротеинов и наночастиц Сборник тезисов XVII Всероссийской молодежной научной конференции с элементами научной школы – «ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ: СИНТЕЗ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ». СПб.: «ЛЕМА», 2018. - 244 с., с. 192-193. (год публикации - 2018)

4. Киселева А.П., Киселев Г.О., Кесслер В., Сейсенбаева Г., Гец Д.С., Румянцева В.И., Лялина Т.А., Фахардо А.Ф., Кривошапкин П.В., Кривошапкина Е.Ф. Optically active hybrid materials based on natural spider silk ACS Applied Materials & Interfaces (год публикации - 2019)

5. Уласевич С.А., Ненашкина А.В., Рыжков Н.В., Киселев Г.О., Николаева В.О., Киселева А.П., Мосина К.С., Скорб Е.В, Кривошапкина Е.Ф. Natural Silk Film for Magnesium Protection: Hydrophobic/Hydrophilic Interaction and Self‐Healing Effect Macromolecular Materials and Engineering (год публикации - 2019)
10.1002/mame.201900412

6. Кривошапкина Е.Ф., Киселева А.П., Николаева В.О. Hybrid materials based on scleroproteins and nanoparticles 4th International Conference on Green Composite Materials, July, 2019, CULS Prague, Czech (год публикации - 2019)

7. Николаева В.О., Кривошапкин П.В., Кривошапкина Е.Ф. Spider web as a natural nanocomposite material for eco-friendly applications III International School- Conference «Applied Nanotechnology and Nanotoxicology (ANT-2019)» (год публикации - 2019)

8. Баланов В.А., Киселева А.П., Кривошапкина Е.Ф., Каштанов Е.А., Гимаев Р.Р., Зверев В.И., Кривошапкин П.В. Synthesis of (Mn(1−x)Znx)Fe2O4 nanoparticles for magnetocaloric applications Journal of Sol-Gel Science and Technology (год публикации - 2020)
10.1007/s10971-020-05237-8

9. Киселева А.П., Кривошапкин П.В., Кривошапкина Е.Ф. Recent Advances in Development of Functional Spider Silk-Based Hybrid Materials Frontiers in chemistry (год публикации - 2020)

10. Киселева А.П., Киселев Г.О., Николаева В.О., Сейсенбаева Г., Кесслер В.Г., Кривошапкин П.В., Кривошапкина Е.Ф. Паутина - натуральный нанокомпозитный материал для биоприменений VII Всероссийская научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «ЧЕЛОВЕК И ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА» (год публикации - 2019)

11. Парамонова А.П., Николаева В.О., Кривошапкина Е.Ф. Nanobioarchitectonics: Directed Design of Hybrid Materials III International School- Conference «Applied Nanotechnology and Nanotoxicology (ANT-2019)» (год публикации - 2019)

12. Николаева В.О., Кривошапкин П.В., Кривошапкина Е.Ф. Spider web as a natural nanocomposite material XX International Sol-Gel conference (год публикации - 2019)

13. Киселева А., Киселев Г., Кесслер В., Сейсенбаева Г., Гец Д., Кривошапкин П.В., Кривошапкина Е.Ф. Upconversion natural spider silk-based hybrids XX International Sol-Gel conference (год публикации - 2019)

Публикации