Модифицирование дисульфида молибдена органическими соединениями для высокоэффективной фототермической конверсии ИК-излучения в окнах терапевтической прозрачности

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 25-73-00292

НазваниеМодифицирование дисульфида молибдена органическими соединениями для высокоэффективной фототермической конверсии ИК-излучения в окнах терапевтической прозрачности

Руководитель Головешкин Александр Сергеевич, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт элементоорганических соединений им. А.Н.Несмеянова Российской академии наук , г Москва

Конкурс №110 - Конкурс 2025 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными, приоритетного направления деятельности Российского научного фонда «Поддержка молодых ученых»

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-601 - Химия новых неорганических функциональных и наноразмерных материалов

Ключевые слова 2D материалы, дисульфид молибдена, гибридные соединения, фототермические свойства, связывающие взаимодействия, порошковая рентгеновская дифракция, расчеты методом теории функционала плотности

Код ГРНТИ31.17.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на разработку новых перспективных фототермических агентов на основе дисульфида молибдена, модифицированного различными органическими компонентами. Конкретной задачей проекта является поиск биосовместимых наноразмерных 2D гибридных структур на основе проводящей модификации дисульфида молибдена, обладающих с высокой эффективностью трансформации излучения в тепло в нескольких окнах терапевтической прозрачности биологических тканей. Актуальность проблемы заключается в востребованности новых эффективных фототермических (ФТ) наноматериалов для биомедицинского применения. Фототермическая терапия (ФТТ) – многообещающий, демонстрирующий высокую эффективность в клинических испытаниях метод. Его преимуществами является минимальная инвазивность и возможность направленного локального воздействия на вредные клетки и микроорганизмы. Физической основой этого метода является способность различных соединений трансформировать поглощенное облучение в тепло, в так называемых окнах терапевтической прозрачности биологических сред и тканей ближнего ИК-диапазона. Проводящая модификация дисульфида молибдена демонстрирует высокие показатели фототермической активности, однако она структурно нестабильна и легко превращается в малоактивную полупроводниковую форму, ФТ свойства которой значительно хуже. Удобным вариантом стабилизации активной формы MoS2 является создание органо-неорганических систем, в которых в роли стабилизаторов используются органические соединения. Использование в качестве соединений-стабилизаторов лекарственных препаратов или иных биоактивных соединений может дать дополнительный эффект от их собственного терапевтического воздействия и получить синергический эффект от комбинирования этого воздействия с ФТТ. Исходя из вышесказанного, представляется актуальным как получение новых наносистем MoS2 с органическими молекулами различного строения, так и тестирование ФT свойств уже описанных соединений этого типа. Новизна исследования заключается в том, что оно направлено на изучение ФТ свойств широкого ряда соединений MoS2 с органическими молекулами при разных длинах волн, тогда как в большинстве описанных в литературе исследований фототермических свойств наносистем на основе MoS2 внимание уделялось только работе на на границе видимой и ИК-области (в окне терапевтической прозрачности NIR-I, 700-900 нм), при этом характеристики таких материалов в окнах NIR-II (1000-1500 нм) и NIR III (1500 2500 нм) практически не изучены. Стоит подчеркнуть, что, согласно ряду исследований, именно “дальние” окна NIR-II и NIR-III зачастую дают возможность более эффективной терапии с большей глубиной проникновения. Для достижения целей проекта планируется изучить фототермические свойства в указанных диапазонах как уже известных органо-неорганических соединений дисульфида молибдена, так и получаемых впервые в ходе проекта, включающих органические компоненты молекулярного и полимерного строения. Для изучения фототермических свойств будут разработаны условия получения водных суспензий синтезированных наноматериалов, обеспечивающие их высокую седиментационную и агрегативную устойчивость в воде и в изотонических растворах. В результате исследований будут установлены тепловые эффекты нагрева водных суспензий материалов различных концентраций под действием лазерного излучения и определены эффективности конверсии в тепло излучения различных диапазонов ближнего ИК. Для впервые получаемых в проекте соединений на основании данных порошковой рентгеновской дифракции и других физико-химических методов будет установлено их строение, что позволит провести квантовохимическое моделирование механизмов взаимодействия между их компонентами и, в конечном итоге, выявить корреляции «структура-свойство». В итоге это позволит найти закономерности и выявить наиболее действенный способ модификации 1Т-MoS2 для получения новых фототермических агентов с высокой активностью в окнах терапевтической прозрачности NIR-II и NIR-III.

Ожидаемые результаты
В результате исследований будет впервые получена информация о фототермических свойствах ряда органо-неорганических соединений на основе проводящей структурной модификации дисульфида молибдена в различных терапевтических окнах прозрачности (NIR-I, II, III). Это позволит определить наиболее эффективные способы модифицирования свойств дисульфида молибдена для достижения высокой фотоконверсии в указанных диапазонах. Для ряда слоистых соединений, в том числе с биологически активными молекулами, будет оценена возможность выхода молекул из межслоевого пространства при нагреве и/или взаимодействии с катионами щелочных металлов, присутствующих в крови и клетках. Это позволит судить о возможности управляемого высвобождения гостевых молекул, что, как полагается, может оказать положительное воздействие, дополняющее гипертермию. Будут установлены фазовые составы, регулярность чередования слоев и полиморфный состав слоев MoS2 в полученных гибридных структурах и выявлена зависимость этих параметров от состава прекурсоров и реакционных условий. По данным порошковой рентгеновской дифракции и других физико-химических методов будут получены атомные модели кристаллического строения наиболее перспективных соединений, для которых методами квантовой химии будут определены энергетические характеристики связывающих взаимодействий между компонентами, что позволит выявить структурообразующие факторы сборки таких соединений. Будут определены спектральные свойства суспензий ряда полученных материалов в видимом и ИК-диапазонах, что позволит установить корреляции состав-свойство, необходимые для определения условий создания универсальных фототермических агентов. Ожидаемые в результате выполнения проекта результаты, приведенные выше, соответствуют мировому уровню исследований и являются значимыми для дальнейшего развития и усовершенствования метода ФТТ, перспективного для лечения широкого ряда заболеваний.