КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 23-21-00018

НазваниеМатематическое моделирование бустерного фототермического вскрытия и фотофореза нанокомпозитных микрокапсул для задач транспортного администрирования биокомпонентных микроконтейнеров

Руководитель Панина Екатерина Константиновна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук , Томская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-218 - Математическое моделирование физических явлений

Ключевые слова Математическое моделирование, микрокапсулирование, микрочастица, наноструктурирование, фототермический эффект, ближнепольная дифракция, фотонная наноструя, плазмонный резонанс, аэрозольный фотофорез

Код ГРНТИ27.35.36

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Полимерные полые частицы микронных и нанометровых размеров - так называемые, микрокапсулы, являются в последние десятилетия активно изучаемыми объектами в различных областях науки и технологии, от наномедицины, фармацевтики и нанокосметологии до нанофотоники, нанохимии и биотехнологии [Langer R. et al., Nature 2004, 428, 487]. Типичным и наиболее востребованным к настоящему времени примером использования микрокапсул является, так называемая, система доставки лекарств, позволяющая максимизировать терапевтическую эффективность при минимизации побочных эффектов путем сверхточного контроля за пространственно-временным поведением нанодоз лекарств внутри тела пациента. Контролируемое высвобождение терапевтических молекул из микрокапсул в нужном месте в нужное время приобретает все большее значение для передовых методик лечения, включая генную терапию, терапию антителами и вакцинотерапию [Ungaro F. et al., J. Pharm. Pharmacol. 2012, 64(9), 1217]. Современные тенденции развития технологии микрокапсулирования активных веществ смещаются в сторону создания многофункциональных карго-носителей, которые были бы восприимчивыми к различным физическим и химическим внешним воздействиям для контролируемого высвобождения содержимого. Как правило, для придания многофункциональности, такие капсулы изготавливаются в форме микро- или наночастиц, имеющих многослойную оболочку. Оболочка может быть составлена из нескольких разнородных органических/неорганических слоев, «откликающихся» на различные внешние факторы [Esser-Kahn A.P. et al., Macromolecules 2011, 44, 5539]. Наиболее распространенным способом придания микрокапсуле оптической активности в желаемом спектральном диапазоне является добавление в ее оболочку восприимчивых к излучению дисперсных включений нанометровых размеров, как правило, металлов или их солей [Timin A.S. et al., Adv. Mater. Interfaces 2016, 1600338]. Одним из новых и перспективных на наш взгляд способов манипулирования уровнем поглощения светового излучения микрокапсулами, который предполагается исследовать в рамках настоящего проекта, является использование буферных нано- или микрочастиц в качестве катализатора, влияющего на пространственное распределение источников тепловыделения в оболочках целевых микроконтейнеров. Для этих целей также можно использовать и непоглощающие диэлектрические микрочастицы (например, кремний SiO2), которые дают направленное светорассеяние и концентрацию излучения, действуя как микролинзы и микрорезонаторы Ми. Примеры применения такого буферного аэрозоля для повышения активности поглощения транспортных микрокапсул нам не известны. Основной целью проекта является выработка стратегии эффективного манипулирования процессами поглощения оптического излучения и последующего тепловыделения внутри поликомпозитных микрокапсул различных пространственных форм. Конкретной задачей проекта является создание самосогласованной математической модели для исследования ближнепольной дифракции оптического излучения на многослойных микрочастицах, окруженных ансамблем плазмонных и/или рассеивающих вспомогательных наночастиц, при учете их фокусирующих и экранирующих оптических свойств. Кроме того, будет проведено компьютерное моделирование оптомеханического перемещения микрокапсул в биологической среде под действием механического импульса электромагнитного поля и фотофоретического эффекта. Научная новизна проекта обусловлена комплексной постановкой предполагаемых исследований, заключающейся в согласованном решении оптической и теплофизической прямых задач на суб- и мезоволновых масштабах с учетом случайного распределения потоков электромагнитной энергии и источников тепловыделения в среде. В рамках проекта впервые планируется рассмотреть вопрос оптического администрирования транспортных микроконтейнеров в биологической среде с целью манипулирования процессом их перемещения в целевые зоны. Подобных исследований в данной области по нашим сведениям пока не существует.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---