ИСТИНА

Диссертационная работа М.Н. Антипиной посвящена исследованию физико-химических механизмов ионных взаимодействий на поверхности ленгмюровского монослоя и особенностей процессов структурообразования в планарных модельных молекулярных и биомолекулярных системах, получаемых методом Ленгмюра-Блоджетт. Актуальность работы определяется важностью таких исследований для решения одной из ключевых проблем современной фундаментальной биофизики - выяснения механизмов структурообразования и самоорганизации в биологических системах. Актуальность работы также обусловлена тенденциями развития современных высоких технологий, диктующими необходимость разработки эффективных подходов к созданию новых высокоорганизованных функциональных молекулярных и биомолекулярных наноструктур, обеспечивающих возможности контроля структуры и, соответственно, свойств функциональных материалов на наноуровне. Автором диссертации дано новое решение актуальной научной задачи – разработана стратегия получения новых высокоорганизованных планарных молекулярных структур, основанная на контроле лигандного состава и строения комплексов, формируемых на границе раздела фаз газ-жидкость. Наиболее существенными новыми научными результатами работы являются следующие: 1. Обнаружен эффект влияния ионного состава водной фазы и типа анионного лиганда на структуру мультислойных ЛБ пленок стеарата гадолиния. 2. Впервые получены мультислойные ЛБ пленки стеарата гадолиния с уникальными структурными характеристиками, определяемыми методами рентгеновской дифракции, и макроскопически планарной поверхностью с отклонением от плоскости, не превышающем 1нм на расстояниях ~ 1 мкм. 3. Впервые получены и охарактеризованы новые монослойные полимерные структуры амфифильного поликатиона, обладающие высокой степенью организации в плоскости слоя. 4. Впервые получены и исследованы новые планарные комплексы амфифильный поликатион/ДНК. Получены комплексы в виде тороидов, а также новые комплексы амфифильный поликатион/ДНК в виде планарной сетчатой структуры. Достоверность и надежность научных результатов диссертации определяется согласием результатов, полученных различными независимыми экспериментальными методами, использованием самых современных и высокоэффективных экспериментальных методов и подходов, а также согласием полученных результатов с известными литературными данными. Результаты диссертационной работы докладывались на 14 Всероссийских и международных конференциях, в том числе на международной конференции “Химия Высокоорганизованных веществ и научные основы нанотехнологии” (С-Петербург, 2001), “European Conference on Organized Films” (Otranto (Lecce), Italy, 2001), “International Conference on nanometer-scale science and technology + European conference on surface science NANO-7 and ECOSS-21” (Malmo, Sweden, 2002), “European Chemistry at Interfaces Conference” (Vladimir, Russia, 2003), “International Conference on Intelligent Processing and Manufacturing of Materials” (Sendai, Japan, 2003), “E-MRS Spring Meeting” (Strasburg, France, 2003), “International Symposium on Nanostructures: Physics and Technology” (St. Petersburg, Russia, 2003), “International Symposium on Bioelectrochemistry and Bioenergetics” (Florence, Italy, 2003), “European Conference on Surface Science” (Praga, Chech Republic, 2003), “First International Meeting on Applied Physics” (Badajoz, Spain, 2003), “Национальной конференции по применению рентгеновского, синхротронного излучений, нейтронов и электронов для исследования материалов” (Москва, Россия, 2003). По материалам диссертационной работы опубликовано 27 печатных работ. Представленные в диссертации данные могут иметь практическое значение для разработки эффективных подходов к созданию новых высокоорганизованных функциональных молекулярных и био-молекулярных наноструктур. Сформированные высокоорганизованные планарные молекулярные структуры, содержащие катионы редкоземельных металлов, представляют практический интерес как прототипы новых наноструктурированных функциональных материалов. Полученные результаты открывают новые перспективы для понимания особенностей взаимодействия редкоземельных катионов, в частности катионов гадолиния, с биологическими мембранами, что имеет большое значение для биомедицинских применений катионов редкоземельных металлов. Результаты исследования процессов самоорганизации и образования супрамолекулярных структур на основе комплексов молекул ДНК с амфифильными катионными молекулами будут полезны в генной терапии и биоинженерии для разработки новых невирусных химических переносчиков для эффективного направленного транспорта нуклеиновых кислот через биологические мембраны. Результаты диссертации могут быть рекомендованы для ознакомления и практического использования в организациях, занимающихся изучением молекулярных и био-молекулярных наноструктур а также связанных с разработкой новых функциональных наноструктурированных материалов, таких как физический, химический и биологический факультеты МГУ, Институт химической физики РАН, Институт биоорганической химии РАН, Институт кристаллографии РАН, Институт радиотехники и электроники РАН, Институт общей и неорганической химии РАН. Выводы 1. Исследована структура мультислойных пленок Ленгмюра-Блоджетт (ЛБ) стеарата гадолиния в зависимости от ионного состава водной фазы. Установлено, что при одной и той же концентрации катионов гадолиния структура получаемых пленок существенно зависит от типа и концентрации анионов, присутствующих в водной фазе, а также от значения рН раствора, на поверхности которого сформирован ленгмюровский монослой. Обнаружено, что структура ЛБ пленки стеарата гадолиния, полученной с использованием раствора хлорида гадолиния, характеризуются наличием двух фаз с параметрами слоистой структуры 4,9 и 4,0 нм и средней шириной брэгговских рефлексов 0,26 град. При этом ЛБ пленки, полученные в присутствии в водной фазе ацетата гадолиния, характеризуется существенно более упорядоченной слоистой структурой - являются однофазными с параметром слоистой структуры 4,9 нм и в два раза меньшей шириной рефлексов Брэгга. 2. Обнаружен эффект влияния ионного состава водной фазы на структуру мультислойных ЛБ пленок стеарата гадолиния. С использованием водной фазы, содержащей избыток NaCl (310-2 М), впервые получены мультислойные ЛБ пленки стеарата гадолиния с высшей степенью структурного совершенства, определяемой методами рентгеновской дифракции, и макроскопически планарной поверхностью с отклонением от плоскости, не превышающем 1нм на расстояниях ~ 1 мкм. 3. Впервые получены и исследованы структура и физико-химические свойства ленгмюровских монослоев и ЛБ пленок амфифильного поликатиона поли-4-винилпиридин с 16% цетилпиридиниевых групп. Установлено, что структура пленок существенно зависит от состояния ленгмюровкого монослоя амфифильного поликатиона и от времени его инкубации на поверхности водной фазы. Впервые получены монослойные полимерные структуры амфифильного поликатиона, обладающие высокой степенью организации в плоскости слоя. 4. С использованием ленгмюровской технологии проведено исследование комплексообразования между амфифильным катионным липидом ОДА, а также амфифильным поликатионом ПВП-16, образующими ленгмюровские монослои на поверхности раздела газовой и водной фаз, и молекулами ДНК из объемной водной фазы. Обнаружены существенные изменения изотерм сжатия монослоев, отражающие процессы комплексообразования на границе раздела фаз. 5. Впервые получены и исследованы новые планарные комплексы амфифильный поликатион/ДНК. Методом атомно-силовой микроскопии установлено, что морфология комплексов существенно зависит от условий их формирования. Получены комплексы в виде тороидов, а также новые комплексы амфифильный поликатион/ДНК в виде планарной сетчатой структуры.