Наночастицы гидроксиапатита являются потенциальной матрицей для допирования и получения биосовместимых, мультифункциональных и экологичных пигментов, которые можно применять в косметической промышленности (помады, румяна, тени, пудры, консилеры, солнцезащитные средства и т.п.). К настоящему моменту не вызывает сомнений, что особенности взаимодействия неорганических пигментов со светом (и в конечном итоге их колористические параметры) обусловлены их зонной структурой, которая зависит от природы материала, размеров и формы составляющих его частиц, природы и концентрации допанта. Регулирование данных параметров позволит получить пигменты с заданными характеристиками; проект направление на установление данной зависимости. Для регулирования размера и формы допированных наночастиц перспективно использовать процесс ориентированного присоединения, который представляет собой неклассический механизм формирования наночастиц, основанный на процессах самоорганизации первичных блоков (структуру которых можно установить) и их последующем срастании в гидротермальных условиях. Несмотря на его активное изучение в последнее время, потенциал этого метода для получения объектов с заданным размерами и формой остается полностью не раскрытым, особенно для гидроксиапатита. В цели проекта входит тщательное изучение закономерностей формирования наночастиц по данному механизму, что позволит в будущем целенаправленно использовать его при производстве наноматериалов. Проект направлен на разработку методологии управления процессом самосборки наночастиц (механизм ориентированного присоединения) в гидротермальных условиях с целью получения допированных наночастиц гидроксиапатита с необходимыми колористическими и физико-химическими характеристиками, позволяющими использовать их как мультифункциональные пигменты. В качестве допантов будут использоваться ионы железа в степени окисления 2 и 3 и хром в степени окисления 3 как наиболее биосовместимые допанты, которые при этом позволяют получить две основные для экокосметики палитры — желто-красную и зеленую.

Проект направлен на разработку подхода к синтезу высокоэффективных фотокатализаторов на основе наночастиц диоксида олова, в частности для очистки сточных вод от различных органических загрязнителей. Для синтеза наночастиц в гидротермальных условиях будет инициирован процесс ориентированного присоединения первичных блоков с различными структурными параметрами и составом поверхности, полученных методом осаждения. В результате будут получены наночастицы, отличающиеся своими морфологическими и структурными параметрами, обладающие различным количеством дефектов, в том числе кислородных вакансий, и, как следствие, обладающие различной фотокаталитической активностью. Полученные наночастицы будут охарактеризованы широким набором физико-химических методом, будут проведены исследования их фотокаталитической активности для разложения органических красителей и антибиотиков. Научная проблема, на решение которой направлен представляемый проект связана с выяснением ключевых особенностей процесса ориентированного присоединения, разработкой алгоритмов получения наночастиц с заданными морфологическими и структурными свойствами и в выявлении связи фотокаталитической активности наночастиц против загрязнителей различной природы с особенностями их строения Актуальность проекта связана с необходимостью создания отечественных систем эффективной очистки сточных вод от органических соединений, таких как красители и антибиотики. Научная новизна предлагаемого проекта заключается в возможности регулирования параметров, в том числе количество дефектов и кислородных вакансий, наночастиц диоксида олова в ходе их роста по механизму ориентированного присоединения, а также в тщательном изучении взаимосвязи между параметрами и свойствами наночастиц, что позволит с новой точки зрения взглянуть на уже существующие наноматериалы и откроет возможности улучшения их свойств.

Проект направлен на разработку подходов к получению магнитных наночастиц типа ядро-оболочка и наноматериалов на их основе, в том числе при помощи теоретических методов исследования с привлечением компьютерного моделирования. Научная новизна исследований заключается в предлагаемой идее – получении магнитных материалов путем ориентированного присоединения отдельных наночастиц типа ядро-оболочка друг к другу. Варьирование толщины и других свойств оболочки, а также варьирование условий, при которых происходит ориентированное присоединение, в перспективе открывает путь к получению большого количества разнообразных материалов с управляемыми магнитными свойствами. Научная значимость и актуальность проекта заключается в разработке новых подходов к получению наночастиц и материалов с заданными магнитными свойствами и разработке описания механизмов формирования наночастиц и материалов путем компьютерного моделирования для предсказания их свойств. В ходе выполнения проекта будут получены новые контрастные агенты для МРТ, а также изучена возможность создания материалов для магнитной записи с использованием описанного подхода. В рамках проекта будут рассмотрены наночастицы магнетита с различным размером и формой, покрытые оболочкой разной толщины и степени кристалличности из оксида цинка и наноматериалы на их основе. Разработанные подходы смогут быть распространены на ядра и оболочки других размеров и природы. Научная новизна заключается в ранее не предлагавшейся идее получения магнитных наноматериалов и комплексности подхода к решению с использованием химического и расчетного эксперимента.

Литий-ионные аккумуляторы (ЛИА) широко применяются в настоящее время, поскольку они демонстрируют наиболее высокие величины удельной емкости и энергии, а также имеют длительный срок службы. Для улучшения свойств аккумулятора ведутся разработки новых типов электродных материалов с целью увеличения ёмкости и срока службы при сохранении рыночной стоимости. На данный момент в качестве анода для ЛИА используют графит, однако его ёмкость (372 мАч/г) относительно невелика и, кроме того, в ходе продолжительного циклирования наблюдается её заметное снижение. Таким образом, важной задачей является разработка новых типов анодных материалов, обладающих высокой гравиметрической ёмкостью, а также улучшенной стабильностью в ходе циклирования. Среди перспективных экологичных, недорогих материалов можно выделить феррит цинка ZnFe2O4 за счёт таких уникальных свойств, как химическая и термическая стабильность и пониженная токсичность цинка по сравнению с другими металлами. ZnFe2O4 относится к анодным материалам с так называемым гибридным механизмом, то есть после протекания основной конверсионной реакции протекает реакция между литием и цинком с образованием сплава. Таким образом, в ходе общего электрохимического процесса переносится до 9 электронов, что приводит к высокой теоретической ёмкости (до 1000 мАч/г). Анодный материал такой высокой ёмкости позволит существенно уменьшить массу конечного аккумулятора при сохранении его характеристик. Однако из-за ряда проблем ZnFe2O4, таких как быстрое падение ёмкости и низкая эффективность на высоких токах вследствие низкой проводимости, значительной агломерации и больших изменений объёма в ходе литирования/делитирования, электродные материалы на основе феррита не находят коммерческого применения. Проект направлен на решение проблемы неудовлетворительных эксплуатационных характеристик существующих анодных материалов на основе ZnFe2O4 для литий-ионных аккумуляторов. Предполагается, что проводимость кристаллической структуры ZnFe2O4 с кислородными вакансиями возрастёт, и можно предполагать, что электрохимическая производительность материала на основе такой структуры станет выше. Поэтому в рамках проекта планируется впервые установить влияние кислородных вакансий и иных дефектов в структуре ZnFe2O4 на электрохимические свойства (удельную ёмкость, мощность, стабильность в ходе заряд-разряда) в макетах ЛИА.

Bioactive compounds are abundantly found in fruits, vegetables, cereals, pulses, roots and other plant sources. Epidemiological and clinical investigations proved that certain bioactive compounds are natural antioxidants, which have numerous health benefits and anti-disease activities for the prevention and/or treatment of urinary tract infections, cardiovascular, coronary heart, metabolic and degenerative diseases, stomach ulcers and several forms of cancers, as well as dental diseases. However, natural bioactive compounds are chemically unstable and susceptible to oxidative degradation, particularly when exposed to oxygen, light, moisture, and heat. The oxidative degradation may deteriorate phenolic compounds leading to the generation of free radicals and development of unpleasant tastes and off-odors in the fortified product, and subsequently may result in a negative effect on shelf stability, sensory characteristics and consumer acceptability of the product. Furthermore, the application of pure bioactive compounds (e.g. phenolics) is very limited in biological formulations due to their some particular features, i.e. fast release, low solubility, poor bioavailability, as well as easily deterioration in the presence of environmental stresses. Therefore, in order to preserve the quality of bioactive compounds, or to enhance their applicability to food, nutraceutical or biological formulations, encapsulation is considered as a feasible alternative. Borage (Borago officinalis L.) is a herbaceous plant of the Boraginaceae family native to North Africa and widely spread in many Mediterranean countries. In Iran, this plant is used not only for preparing beverages but also for different medicinal purposes. For this compound, the issue of isolation of bioactive compounds and their use with preservation of biological activity is very acute. Therefore, the aim of this work is to create a new type of beads and microcapsules for oral administration of natural antioxidant and phenolic compound isolated from Borago Officinalis with improved release profiles.

Проект направлен на решение фундаментальной задачи — построения описания процессов роста наночастиц и выявление основных факторов, влияющих на их размер и морфологию. В задачи проекта входит проведение химических экспериментов по получению гидротермальным методом наночастиц диоксида олова; характеризация полученных частиц (размер, форма, строение), исследования их оптических и фотокаталитических свойств; установление взаимосвязи между свойствами частиц и условиями синтеза; развитие методов стохастического описания процессов роста наночастиц по механизму ориентационного присоединения; разработка моделей, описывающих взаимодействие наночастиц в растворе; моделирование процессов роста наночастиц при условиях, выбранных для химических экспериментов; сравнение результатов численного и химического экспериментов; верификация разработанных моделей. Актуальность проекта связана с разработкой подходов к предсказанию условий синтеза, необходимых для получения наночастиц с заданными свойствами и с исследованием процессов синтеза наночастиц, обладающих фотокаталитической активностью, которые могут быть использованы для разложения циклических органических соединений при очистке сточных вод.

Проект направлен на решение фундаментальной и одновременно прикладной проблемы создания многофункциональных биоматериалов, без которых невозможен переход к персонализированной медицине (диагностика in vivo и in vitro, а также адресное лечение). Актуальность решения проблемы получения подобных материалов обусловлена необходимостью создания недорогих и действенных аналогов разрабатываемых в настоящее время импортных препаратов новых типов. Настоящим проектом в рамках предложенного подхода предлагается решить частную, но весьма трудоемкую задачу – разработать принципиально новые алгоритмы создания наночастиц типа ядро-оболочка, где магнитное ядро задает основную функциональность, а оболочка – дополнительную, а также изучить пути получения этой функциональности и возможности ее предсказания.