ИСТИНА

В рамках данного проекта проводится исследование фундаментальной задачи процессов переноса энергии и разделения зарядов в различных природных и гибридных наноструктурах, внедренных в твердотельные кристаллические матрицы. Предусмотрено использование различных схем внедрения природных и гибридных фотопреобразующих систем в твердотельную матрицу, включая многослойные конфигурации. Полученные результаты планируется использовать в разработке принципов построения высокоэффективных твердотельных гибридных и искусственных фототопреобразователей

Разработана методика функционализации мезопористой структуры полупроводника TiO2 и WO3-TiO2 при помощи Ni2+-NTA, анионных и катионных пептидов A6K и V6D, а также органических полупроводников для обеспечения ковалентного связывания РЦ с полупроводниковой TiO2 и WO3-TiO2 матрицей. Разработана методика встраивания РЦ пурпурной бактерии Rb. sphaeroides в поры мезоскопической структуры TiO2 и WO3-TiO2 с использованием различных способов ковалентного связывания белков с полупроводниковой матрицей. Проведено теоретическое и экспериментальное исследование процессов переноса энергии и электрона при ориентированном встраивании РЦ в поры мезопористой пленки из TiO2 и WO3-TiO2. Развита теоретическая модель ориентированных гибридных наноструктур на основе полупроводниковых нанокристаллов и фотосинтетических наноразмерных комплексов, внедренных в твердотельную мезопористую пленку из TiO2 и WO3-TiO2. Исследованы свойства гибридных комплексов реакционных центров Rhodobacter sphaeroides и квантовых точек в составе лецитиновых липосом. С помощью метода химической сшивки были впервые получены ковалентно связанные гибридные структуры КТ+АФЦ. Под действием внешних факторов (изменение pH, повышение температуры, использование хаотропного агента) удалось перевести АФЦ из тримерной формы в мономерную. Наши результаты показывают, что в мономерной форме хромофор АФЦ оказывается расположен ближе к поверхности белковой глобулы, что заметно разрешает стерические затруднения при его взаимодействии с КТ, в результате чего происходит их эффективное ковалентное связывание. Анализ спектров возбуждения флуоресценции выявил, что коэффициент усиления флуоресценции в гибридных структурах КТ+АФЦ при их ковалентном связывании в несколько раз превосходит аналогичный параметр для гибридных структур на основе электростатических взаимодействий. Полученные результаты доказывают возможность эффективного взаимодействия и ковалентного связывания квантовых точек и нативных пигмент-белковых комплексов. Созданы ковалентно связанные гибридные структуры из полупроводниковых нанокристаллов (CdSe/ZnS-квантовые точки) с максимумом флуоресценции 620 нм в качестве неорганического компонента с фотосинтетическим белком аллофикоцианином (АФЦ). Установлено, что квантовые точки CdSe/ZnS образуют стабильные комплексы с АФЦ в водных растворах. Показано, что эффективность переноса энергии электронного возбуждения (ЕЕТ) в таких системах может быть существенно повышена при условиях, вызывающих мономеризацию тримеров аллофикоцианина. В работе оценивалась эффективность ЕЕТ при различных экспериментальных условиях (pH, температура, присутствие NaSCN) для полученных за счет электростатических взаимодействий и ковалентного связывания гибридных систем. В наиболее оптимальных условиях наблюдалось 20-кратное усиление флуоресценции АФЦ при возбуждении КТ при ковалентном связывании компонентов по сравнению с комплексами, полученными при самосборке. Созданные ковалентно связанные гибридные структуры открывают новые возможности для их практического применения в качестве флуоресцентных маркеров, гибридных фотосенсоров, элементов гибридных фотоэлектрических ячеек. Результаты работы по данному проекту опубликованы в высокорейтинговых отечественных и зарубежных научных журналах и доложены на ряде научных конференций и симпозиумов.