О группе

В ходе исследования в 2024 году были впервые получены стабильные коллоидные растворы диоксида гафния, стабилизированные лактат-анионом, проявляющие пероксидазоподобную активность. Известно, что нанокристаллический диоксид гафния перспективен в качестве радиосенсибилизатора, то есть способствует генерации активных форм кислорода под действием рентгеновского излучения, что позволяет рассматривать его как материал для радиотерапии, способствующий повышению эффективности лечения за счет усиления действия ионизирующего излучения. В особенности важно сочетание радиосенсибилизационных свойств и пероксидазоподобной активности, дополнительно повышает потенциал эффективности таких наноматериалов. Легирование HfO₂ катионами редкоземельных элементов, в том числе Eu³⁺ и Gd³⁺ позволит расширить область его применения. Материалы, допированные Eu³⁺ широко используются в качестве люминесцентных меток благодаря своей высокой яркости и стабильности при возбуждении светом. Люминесцентные метки находят применение в различных областях, включая биомедицинскую визуализацию, сенсоры и оптоэлектронику, обеспечивая высокую чувствительность и точность детектирования. Ионы Gd³⁺ широко используется в составе контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии (МРТ) благодаря своей способностью усиливать сигналы, что позволяет получать более четкие и информативные изображения внутренних органов и тканей. Контрастные агенты на основе соединений гадолиния помогают в выявлении патологий, таких как опухоли и воспалительные процессы, благодаря их высокой локальной концентрации в области исследования. При этом включение ионов в Gd³⁺ состав малорастворимых соединений, в том числе HfO₂, позволяет решить проблему крайне высокой токсичности свободных ионов гадолиния.

В связи с этим, в качестве наиболее перспективного продолжения исследований и развития полученных результатов, научно-исследовательская группа «Наноэнзимы» предлагает проанализировать возможность легирования наночастиц HfO₂ как без стабилизатора, так и стабилизированных лактат-анионом ионами Eu³⁺ и/или Gd³⁺.

Для этого будет проведен комплексный физико-химический анализ полученных материалов методами порошковой рентгеновской дифракции, растровой электронной микроскопии, УФ-видимой и ИК-спектроскопии.

Важнейшей задачей будет являться оценка ферментоподобной активности материалов на основе диоксида гафния, легированных Eu³⁺ и/или Gd³⁺ колориметрическим и хемилюминесцентным методами и установление достоверного соответствия кинетики перекисного окисления модели Михаэлиса-Ментен.

Цели и задачи исследования на 2024 год
Целью настоящего проекта является выявление механизмов энзимоподобной (пероксидазоподобной) активности ряда неорганических наноматериалов (Ag, TiO₂, ZrO₂, HfO₂, WO₃) в модельных биохимических процессах (перекисное окисление органических соединений) с использованием взаимодополняющих методов анализа (колориметрия, хемилюминесценция). Отдельной задачей настоящего проекта, важной с точки зрения фундаментального неорганического материаловедения, является создание единого методического подхода для корректной оценки ферментоподобных свойств наноматериалов.

Для достижения заявленной цели проекта будет решен ряд научных задач:

• Синтез стабильных золей неорганических наночастиц Ag, TiO2, ZrO2, HfO2, WO3 методами мягкой химии, в том числе гидротермальной обработкой и золь-гель технологией;

• Установление фазового и химического состав наноматериалов, а также определение размера частиц с помощью комплекса современных физико-химических методов (рентгенофазового анализа, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноспектрального микроанализа, ИК-, КР- и УФ-спектроскопии, динамического рассеяния света);

• Количественная оценка пероксидазоподобной активности наноматериалов. Данная задача является одной из важнейших для корректного описания проявления наноматериалами энзимоподобной активности. Пероксидазоподобная активность наноматериалов будет проанализирована с использованием взаимодополняющих независимых аналитических методик, первая из которых основана на колориметрическом анализе процесса окисления 3,3',5,5'-тетраметилбензидина, а вторая – на анализе окисления люминола с использованием хемилюминесцентного метода;

• Установление корректности использования моделей ферментативных реакций при описании химической активности наноматериалов по отношению к тем или иным модельным субстратам.