Національна Академія Наук України Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків М. А. Ратнер НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Новый класс функциональных материалов: Дендримеры – разветвлённые полимеры с фрактальной структурой: новая форма, новые свойства, новые применения • Направленная доставка лекарственных препаратов в клетки организма • Направленная доставка генетического материала (ДНК) • Визуализация изображений в медицинской диагностике методом ЯМР (усиление контраста) • Покрытия высокого качества • Жидкокристаллические экраны • Катализаторы • Наноразмерные антенны НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Четыре главных класса архитектуры макромолекул 1. Линейные 2. Поперечносоединённые 1930 -1940 плексиглас нейлон 1940 -1950 резина эпоксидные смолы 3. Разветвлённые 1960 полиэтилен (низкоплотностный) 4. Дендритные молекулы – число Гиперразветвлённые ветвлений экспоненциально растёт с размером Дендроны 2001 Дендриграфы Дендримеры 2001 г. Drug Discovery Today vol. 6, N 8, 2001. R. Esfand et al. Биомедицина, генная инженерия, электроника, покрытия, жидкокристаллические экраны НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Схема строения дендримера Площадь поверхности ~ G 2 (G – число последовательных ветвлений), число мономеров на поверхности ~ 2 G (~ ½ от общего числа) • Многофункциональность • Широкие возможности модификации • Плотная наружная оболочка и полости внутри
Наноконтейнерные свойства: доставка лекарств и катализ Молекулы лекарств Дендример M. Ratner et al. Functional Materials, vol. 10, 2003 Астрамол, 9 -е поколение НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Цитохром с Гемоглобин Преалбумин Хемерицин Дендримеры Инсулин Липидный слой ДНК Иммуноглобулин Гистонный кластер ДНКгистонный комплекс vol. 6, N 8, 2001. R. Esfand et al.
Нормальные кровеносные сосуды поры Сосуды опухоли • Высокая монодисперсность 1. 0005 поры
Дендримеры и диагностика методом ядерного магнитного резонанса Комплекс Gd-DTPA просачивается через поры в сосудах, что приводит к потере контраста Комплекс Gd-DTPA в воде НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Дендримеры и диагностика методом ядерного магнитного резонанса Комплекс Gd-DTPA и полипропилениминового дендримера Gd Дендритный полихелат гадолиния НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Гиперразветвлённые молекулы – «мягкие» частицы, сохраняющие форму – возможность создания поверхностей с управляемыми свойствами Нанослои высокого качества: от порошков для принтеров до антикоррозийных покрытий Дендриграф – гиперразветвлённая молекула, «сшитая» из линейных полимеров в растворе сферы M=2. 8· 107 g/mol Sheiko S. S. ; Möller M. "Hyperbranched Macromolecules… “ диски M=5. 5· 107 g/mol Монослой привитого полистирола (дендриграфа) на слюдяной поверхности при различныхмолекулярных массах макромолекулы НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Гиперразветвлённые молекулы – «мягкие» частицы, сохраняющие форму – возможность создания поверхностей с управляемыми свойствами “Переключаемая форма” сильное отталкивание между сегментами + слабое притяжение к поверхности сильное притяжение между сегментами + слабое притяжение к поверхности сильное отталкивание между сегментами + Сильное притяжение к поверхности Sheiko S. S. ; Möller M. "Hyperbranched Macromolecules… “ НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Покрытия высокого качества Гиперразветвлённые молекулы – «мягкие» частицы, сохраняющие форму. “Переключаемая форма” «Сшитая» цепочка монодендронов полистирола на слюдяной поверхности при различных плотностях пришивки Sheiko S. S. ; Möller M. "Hyperbranched Macromolecules… “ НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Два принципа синтезирования дендримеров Дивергентный синтез – рост одной молекулы с экспоненциальным размножением дефектов Поверхность молекулы Инициирующий центр От центра к поверхности Конвергентный синтез – одновременный синтез большого числа концевых фрагментов и их объединение с отбраковкой на каждом шаге. Воспроизведение молекулярного веса с точностью до 0. 05 % Поверхность молекулы От поверхности к центру Фокальная точка vol. 6, N 8, 2001. R. Esfand et al. НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Дендример – пустая или заполненная сердцевина ? Линейный полимер в слабом растворе – рыхлый клубок Дендример – компактная кострукция Блуждание вдоль цепи практически случайно (R=l N 3/5) Концентрация звеньев зависит от номера оболочки При деформации полимера уменьшится число случайных путей – возникнет энтропийная упругость Блуждание по цепи имеет избранные направления Энтропийная упругость конкурирует с объёмным взамодействием НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Моделирование распределения полостей в дендримере Площадь поверхности ~ G 2, число мономеров на поверхности ~ 2 G Молекулы лекарств M. Ratner et al. Functional Materials, vol. 10, 2003 Дендример Астрамол, 6 -е поколение НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Моделирование методом броуновской динамики статистических свойств дендримеров M. Ratner et al, “Computational Modeling and Simulation of Materials”, 2004. Профили плотностей для оболочек дендримера G=5 НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
М. Ратнер, И. Неелов cytoplasm M. Ratner et al, “Computational Modeling and Simulation of Materials”, 2004. receptors cytoplasm
Моделирование процесса адсорбции Линейный полимер – гибкая система – множество равноправных конформаций Дендример – жёсткая система – существует несколько избранных конформаций M. Ratner et al, “Computational Modeling and Simulation of Materials”, 2004. НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Моделирование методом броуновской динамики статистических свойств дендримеров, адсорбированных поверхностью M. Ratner et al, “Computational Modeling and Simulation of Materials”, 2004. Профили плотностей для оболочек дендримера G=3 (в направлении, перпендикулярном плотности адсорбции) НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Развита теоретическая модель конформационного поведения дендримера, взаимодействующего с притягивающей поверхностью. 2 доминирующие конформации с числами контактов n 1 и n 2 Свободная энергия: F 1=-n 1 e-(N-n 1)s 0 F 2=-n 2 e-(N-n 2)s 0 n 1, n 2~2 G 1 2 Числа контактов n 1 и n 2 медленно меняются с e Вероятность адсорбции центра P=e-F 2/ (e-F 1 + e-F 2 ) Ln P/(1 -P) =a 2 G (e -s 0) M. Ratner et al, “Computational Modeling and Simulation of Materials”, 2004.
Робота провадиться за комплексною програмою фундаментальних досліджень «НАНОСИСТЕМИ, НАНОМАТЕРІАЛИ ТА НАНОТЕХНОЛОГІЇ» , проект НАН України. Міжнародне співробітництво • Факультет фізики та астрономії Лідського університету (Англія) • Фізичний факультет Хельсінського університету (Фінляндія), • Інститут фізики, Гетенбергський університет (Германія, Майнц) • Інститут високомолекулярних сполук РАН (Росія, Санкт-Петербург), • Інститут математичних проблем біології РАН (Росія, Пущіно) НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Дальнейшие исследования q Моделирование свойств дендримеров в растягивающем потоке Карбосилановые дендримеры в растягивающем потоке
q Дендримеры между двумя поверхностями (в щелевидных порах, в биомембране, между наконечником и поверхностью в atomic force microscopy) Карбосилановые дендримеры между двумя плоскостями (моделирование AFM)
q Комплексы дендримеров с молекулами лекарств и ДНК Polyamidoamine 4. 5 комплекс с молекулами противораковых лекарств cys-Platin Центр >N-CH 2 -N< Периодическое звено -CH 2 -CO-NH-CH 2 -N< Концевые группы: Свободные молекулы -CH 2 -CO 2 H или -CH 2 -CO-O-Pt. Cl(NH 3)2 Pt. Cl 2(NH 3)2
Публікації за темою дослідження 1. M. Ratner, I. Neelov, F. Sundholm, B. Grinyov. Brownian dynamics simulation of model dendrimer adsorption. Functional Materials, 2003, Vol. 10, N 2, pp. 273 -275. 2. M. A. Ratner. Superradiance of J-aggregates: correspondence between an infinite disordered chain and a regular finite chain. Low Temp. Phys. , 2003, Vol. 29, N 7, pp. 602 -605. 3. М. А. Ратнер, І. М. Неєлов. Конформаційне дослідження адсорбції дендрімерних щіток. Тези доповідей V української конференції молодих вчених з високомолекулярних сполук, Київ, 2003, С. 71. 4. M. Ratner, I. Neelov, B. Grinyov. Applications of synthetic macromolecules for the targeted drug and gene delivery into human cells. Abstracts of Intern. Conf. Functional Materials, October 6 -11, 2003, Crimea, Partenit, 2003. 5. M. Ratner, I. Neelov, F. Sundholm, B. Grinyov. Dendrimer Adsorption by an Attractive Surface: Theory and Simulations. Подано до журналу Polymer, 2004. 6. I. Neelov, N. Balabaev, M. Ratner, F. Sundholm, K. Binder. Collisional Dynamics Simulation of Grafted Polymer Brushes Consisting of Anisotropic Monomers. Functional Materials, v. 11, N 1, 2004, pp. 14 -21. 7. M. Ratner, I. Neelov, B. Grinyov. Brownian dynamics simulation of dendrimer adsorption by an attractive surfaces, Proceedings of the 3 rd International Conference “Computational Modeling and Simulation of Materials”, Catania, Italy, 2004. НАН України, Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства, НТК “Інститут монокристалів”, м. Харків
Виражаю подяку президенту Національної академії наук України Борису Євгеновичу Патону, усім членам Президії НАН України за увагу та моєму науковому керівнику, чл. -кор. НАН України, Борису Вікторовичу Гриньову за підтримку.
Скачать презентацию Національна Академія Наук України Відділення фізико-технічних проблем матеріалознавства
367cd24a81b62b5adaf28aaa50cb62b4.ppt