PostDoc in Nanomaterials

Synthesis of new magneto-active functional nanomaterials/

Jaunu magnētisku aktīvu funkcionālo nanomateriālu sintēze

General information/Vispārīga informācija

Project title/Projekta nosaukums: Synthesis of new magneto-active functional nanomaterials/ Jaunu magnētisku aktīvu funkcionālo nanomateriālu sintēze

Project number/Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/1/16/018

Project partners/Projekta sadarbības partneri:

University of Barcelona, Faculty of Physics, Department of Condensed Matter, Magnetic Soft Matter group, As. Prof. P.Tierno, Barselona, Spain/Barselonas Universitātes Fizikas fakultātes Kondensētu Vidu nodaļa, Magnētiskās Mīkstās Vides grupa, As. Prof. P. Tierno, Barselona, Spānija.

Project duration/Projekta īstenošanas termiņš: 2017.11.01-2020.10.31

Project funding/Projekta kopējais finansējums:

133 806,00 EUR, all for UL, of which/viss LU, no tā:

ERDF funding/ERAF finansējums: 113 735,10 EUR

State budget funding/Valsts budžeta finansējums: 13 380,60 EUR

UL funding/LU finansējums: 6 690,30 EUR

Project goal/Projekta mērķis: to create new types of carriers of biologically active compounds. Different magnetic nanoparticles are to be synthesized and functionalized by using such lipid-like compounds as cationic amphiphiles synthesized on the basis of polyfunctional 1,4-dihydropyridine (1,4-DHP). The project foresees the development of magnetic micromotors for transporting biologically active materials, as well as magnetic objects with the aim of developing new techniques for microrheology in a biological environment, and improving competence and scientific capacity of postdoc/ Jauna tipa bioloģiski aktīvu nesēju izveidošana. Dažādu magnētisko nanodaļiņu sintēze un funkcionalizēšana, izmantojot tādus savienojumus, kā katjoni amfifīli, kas sintezēti no polifunkcionāla 1,4-dihidropiridīna (1,4-DHP). Projekta rezultātā tiks izstrādāti magnētiskie mikromotori bioloģiski aktīvu materiālu transportam un jaunas metodes mikroreoloģijā bioloģiskās vidēs, kā arī tiks uzlabortas pēcdoktoranta kompetences un zinātniskā kapacitāte.

Project results/Projekta rezultāti:

12. Ceturkšņa atskaite (01.08.2020. – 31.10.2020.)

Divpadsmitajā ceturksnī laiks tika veltīts iegūto eksperimentālo materiālu novērtēšanai, apkopošanai un apstrādei, kā arī tika turpināts darbs pie jaunu, oriģinālu 1,4-DHP savienojumu ar izteiktākām mērķtiecīgām strukturālām izmaiņām izpēti.

Tika apkopoti un novērtēti iepriekš iegūtie (TG/DTA un DSC) dati par savienojumu termisko uzvedību atkarībā no tā struktūras. Tika novērtēts, kā aizvietotāja daba (electron-akceptoru vai electron-donoru) ietekmē termisko uzvedību un savienojuma stabilitāti, ka arī ietekme uz lipīda gels/šķidrums pārejas temperatūru.

Tāpat tika turpināti arī katjonās daļas piridīnija aizvietotāju ietekmes uz magnētisko liposomu veidošanos pētījumi. Savienojumu iespēja veidot liposomas tika testēta ar spontānas piebriešanas metodi. Jaunu 1,4-DHP savienojumu liposomu dispersijas tika iegūtas pie vienādiem nosacījumiem. Šajā metodē lielu lomu spēle lipīda pārejas temperatūras. Iegūtās liposomu dispersijas tika pētītas ar optisko mikroskopiju un DLS, lai novērtētu liposomu izmēru sadalījumu. Ar ultraskaņas metodi tika pagatavotas arī lipīdu dispersijas ūdeni, ar nolūku noteikt tīra lipīda zeta-potenсiālu vērtības un to izmaiņas atkarībā no to struktūras.

Atskaites periodā tika turpināts darbs pie iesniegta žurnālā Nanomaterials manuskripta ņemot vērā recenzentu ieteikumus.

11. Ceturkšņa atskaite (01.05.2020. – 31.07.2020.)

Atskaites periodā tika sagatavots un iesniegts manuskripts žurnālā Nanomaterials: O.Petrichenko, A.Plotniece, K.Pajuste, M.Rucins, P.Dimitrijevs, A.Sobolev, E.Sprugis, and A.Cebers “The Influence of 1,4-Dihydropyridine Amphiphile Structure on its Physico-chemical Properties and on the Formation of the Magnetoliposomes”.

WP 3: Atskaites periodā vairāk laika tika veltīts jaunu savienojumu pētīšanai. Tika noskaidrota katjonās daļas piridīnija aizvietotāju ietekme uz fizikāli-ķīmiskajām īpašībām.

Lai skaidrotu savienojumu lipofilitātes ietekmi uz veidoto daļiņu un magnētisko liposomu veidošanos, izvēlēti savienojumi, kas 1,4-DHP cikla 3,5-vietas esteru grupās satur alkil ķēdes ar fosfora (F) atomiem ūdeņraža (H) vietā.

Piemēram, –CH₂(CF₂)₆H un –H₂(CF₂)₈H aizvietotāji varētu būtiski ietekmēt gan fizikāli-ķīmiskās, gan bioloģiskās īpašības. Tādi savienojumi ir salīdzināmi savā starpā, jo tiem atšķiras ķēdes garums un F atomu skaits alkil-aizvietotājos. Tāpat tika pētīti arī atbilstošie 1,4-DHP amfifīli, kas –CF₃ grupu vietā satur –CH₃ grupas pie piridīnija cikla un heksil– vai dodecil- esteru grupas 1,4-DHP cikla 3,5-vietās.

Tika veikti jauno vielu termiskās uzvedības pētījumi, izmantojot TG/DTA (LU CFI Shimadzu DTG-60) un diferenciālās skenēšanas kalorimetrijas (DSC) metodi (LU CFI, E.Spruģis). Kā arī tika veikta, izmantojot DLS tehniku, jaunās vielas zeta-potenсiāla noteikšana, kā arī skatīta liposomu veidošanās ūdens šķīdumos (amfifīla īpašību testēšana: 0.3 mg/ml H₂O). Tika parādīts, ka –CF₃ aizvietotājs ietekmē vielas šķīdību ūdenī – ievērojami pasliktinot vielu šķīdību.

10. Ceturkšņa atskaite (01.02.2020. – 30.04.2020.)

Desmitajā ceturksnī laiks tika veltīts zinātniskās literatūras studēšanai un agrāk iegūto eksperimentālo materiālu novērtēšanai, apkopošanai un apstrādei. Daudz laika tika veltītas topošo publikācijas rakstīšanai un noformēšanai.

WP 3: Atskaites perioda tika paplašināts pētāmo 1,4-DHP amfifīlu klāsts, papildus izvēloties vēl 15 jaunus oriģinālus 1,4-DHP amfifīlus ar izteiktākām struktūras izmaiņām. Tāpat turpināti arī katjonās daļas piridīnija aizvietotāju ietekmes pētījumi. Salīdzinot ar Sav. 1 (D-19), kur katjono aizvietotāju veidoja neaizvietota piridīnija vienība, šajā gadījumā piridīnijā “pievienoja” fluoru kā lipofīlu aizvietotāju vai trifluormetilgrupas. Turklāt, dažādu fluora atomu saturošu aizvietotāju ietekme tika apskatīta arī tādiem savienojumiem, kuriem 1,4-DHP cikla 3,5-vietās ir nevis dodecilesteru grupējumi, kā sākotnējiem pētījumu objektiem un Sav. 1, bet gan īsākas alkilķēdes – heksilesteri. Tāpat tika pētīti arī atbilstošie 1,4-DHP amfifīli, kas -CF₃ grupu vietā satur -CH₃ grupas pie piridīnija cikla un heksil- vai dodecilesteru grupējumus 1,4-DHP cikla 3,5-vietās.

Tika noteiktas temperatūras, pie kurām sākas vielas sadalīšanās, kā arī fāžu pārejas temperatūru diapazoni. Temperatūras diapazonu precizēšanai tika veiktas vielas pētīšana ar diferenciālās skenēšanas kolorimetrijas (DSC) metodi. Pētījumi tika veikti LU CFI Ķīmijas tehnoloģiju laboratorijā. Temperatūra ir ārējs faktors, kas lielā mērā ietekmē lipīdu bislāņu secības pakāpi. Ir zināms, ka fāžu pārejas temperatūra ir atkarīga gan no ogļūdeņražu ķēžu struktūras lipīdu molekulās, gan no to polāro galvu rakstura.

Tika veikta iegūto rezultātu novērtēšana. Zinātniskās literatūras studijas veltītās TG/DTA un DSC pētījumiem.

9. Ceturkšņa atskaite (01.11.2019. – 31.01.2020.)

Devitajā ceturksnī laiks tika veltīts zinātniskās literatūras studēšanai un agrāk iegūto eksperimentālo materiālu novērtēšanai, apkopošanai un apstrādei, kā arī rutīnas laboratorijas darbiem.

WP 1: Atskaites periodā tika publicēts raksts žurnālā Journal of Magnetism and Magnetic Materials (Impact factor 2.683):

O. Petrichenko, G. Kitenbergs, M. Brics, E. Dubois, R. Perzynski, A.Cēbers Swarming of micron-sized hematite cubes in a rotating magnetic field –Experiments. JMMM 500 (2020) 166404; https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166404. [Pub2]

WP 2: Ņemot vērā projekta vidusposma ekspertīzes slēdzienu un rekomendācijas, tika paplašināts pētāmo 1,4-DHP amfifīlu klāsts, papildus izvēloties vēl 10 jaunus oriģinālus 1,4-DHP amfifīlus ar izteiktākām struktūras izmaiņām.

Piemēram, lai palielinātu savienojumu lipofilitātes ietekmi uz veidoto daļiņu un magnētisko liposomu veidošanos, tika izvelēti savienojumi, kas 1,4-DHP cikla esteru savienojumos satur –H₂(CF₂)₆H (Sav. N7) un –CH₂(CF₂)₈H (sav. N9) aizvietotājus, kas varētu būtiski ietekmēt īpašības. Lai iegūtu informāciju par jaunu savienojumu klāstu fizikālajām īpašībām, to kušanas temperatūras un fāzu pārejām sildīšanas procesā tika veikta termogravimetriskā (TG) un diferenciālā termālā analīze (DTA) (LU CFI Shimadzu DTG-60).

WP 3: Viens no svarīgākiem jautājumiem, kuru nepieciešams atrisināt WP3 izpildīšanai, ir neiekļauto magnētisko nanodaļiņu (NDs) atdalīšana no magnētiskām liposomām. Kā viena no metodēm, lai atdalītu magnētiskās NDs no MLs bija izmēģināta dialīze izmantojot dažādas plēves. Šobrīd vislabākais rezultāts iegūts tikai izmantojot pastāvīgo magnētu.

8. Ceturkšņa atskaite (01.08.2019. – 31.10.2019.)

Astotajā ceturksnī laiks tika veltīts zinātniskās literatūras studēšanai un agrāk iegūto eksperimentālo materiālu novērtēšanai, apkopošanai un apstrādei.

WP 2: Oktobrī vairāk laika bija veltīts materiālu sagatavošanai plānotās publikācijas rakstīšanai ar iespējamo nosaukumu – Influence of the synthetic lipid-like pyridinium amphiphile structure on the formation of magnetic liposomes. Analizējot, sakārtojot un noformējot iegūtos datus parādījās nepieciešamība veikt dažus papildus eksperimentus, kas tika izdarīti. Kā arī apskatīta zinātniskā literatūra, lai salīdzinātu iegūtas rezultātus.

WP3: Lai izpildītu paketes uzdevumu: raksturot magnētisko liposomu bislāņa membrānas mehāniskās īpašības, ir nepieciešams iegūt diezgan lielas vienlamelāras magnētiskās liposomas (MLs) (vismaz 5–10 um). Atskaites periodā tika meklēti nosacījumi liela izmēra magnētisko liposomu sintēzei. Kā membrānas veidošanas viela tika izmantots 1,4-DHP atvasinājums ar hidrofīlas daļas modifikāciju (-CN aizvietotājs) – savienojums 5 (sk. att.). Lielas liposomas, izmantojot savienojumu 5 (sk. att.) netika iegūtas. Iepriekš tika pāradīts, ka izmantojot apgrieztās fāzes ietvaicēšanas metodi, lielas liposomas veidojas izmantojot savienojumus 1–3.

6. Ceturkšņa atskaite (01.02.2019. – 30.04.2019.)

Sestajā ceturksnī vairāk laikā bija veltīts zinātniskās literatūras studēšanai un agrāk iegūto eksperimentālo materiālu novērtēšanai, apkopošanai un apstrādei. Laiks veltīts arī materiālu sagatavošanai plānotas publikācijas rakstīšanai.

WP 1.

Februāri sakumā prezentēju sagatavotas tēzes un ziņojumu Latvijas Universitātes 77. starptautiskajā konferencē Magnētiskas mīkstas vides sekcijā [LocConf3].

Aprīļa sakumā tika sagatavotas, iesniegtas un apstiprinātas tēzes Starptautiskajā konferencē ICMF 2019 (International Conference of Magnetic Fluids 2019). Prezentācija par eksperimentu, kurā novērojam kā kubiskas hematīta daļiņas uzvedas rotējoša magnētiskajā laukā.

WP2

Marta sākumā pieņemts un publicēts iepriekš iesniegtais raksts žurnālā Pharmaceutics [Pub1]. Raksts tika sagatavots sadarbībā ar kolēģiem no OSI Membrānaktīvo savienojumu un β-diketonu laboratorijas. Mana ieguldījuma daļa: tika pētīti vienpadsmit 4-(N-alkilpiridinil)-1,4-dihidropiridina (1,4-DHP) atvasinājumi, lai noteiktu to pašasociējošās īpašības un izvērtētu iespējas veidot liposomas. Mērījumi tika veikti, izmantojot dinamiskās gaismas izkliedes metodi (DLS). Noteikti liposomu hidrodinamisko diametru izmēri un zeta-potenciālu lielumi.

Turpināts darbs pie nākamās publikācijas ar iespējamo nosaukumu “Influence of the synthetic lipid-like pyridinium amphiphile structure on the formation of magnetic liposomes” sagatavošanas.

Zinātnes un projekta popularizēšanai piedalījos Ēnu dienas 2019.g. pasākumos LU FMOF (13.02.2019.) ar ķīmijas laboratorijas un tās aprīkojuma prezentāciju. Demonstrēju dažādus magnētiskus mīkstos materiālus un to īpašības.

5. Ceturkšņa atskaite (01.11.2018. – 31.01.2019.)

Piektajā ceturksnī tika turpina eksperimentāla darbība, kā arī iegūto rezultātu novērtēšanā, apkopošana un turpmākajās darbības plānošana.

WP 1. Atskaites periodā tika turpināts iepriekš iegūtu rezultātu izvērtējums un apkopojums. Tika veikti jaunu paraugu kubiskas hematita (α-Fe₂O₃) daļiņas sintēze un tika sintezēti magnētiskie šķidrumi ar pozitīvi lādētam mehemīta nanodaļiņam (γ-Fe₂O₃) .

Iegūto magnētisko materiālu raksturoja mērot un apstrādājot to magnetizācijas līknes, kas iegūtas izmantojot vibrācijas magnetometru (VSM).

Atskaites periodā tika sagatavota prezentācija “Synthesis and properties of hematite (α-Fe₂O₃)” LU 77. starptautiskajai zinātniskajai konferencei (Magnētiska mīkstā vide sekcija) [LocConf3].

WP 2. Atskaites periodā tika pētīti vienpadsmit 4-(N-alkilpiridinil)-1,4-dihidropiridina (1,4-DHP) atvasinājumi, lai noteiktu to pašasociējošās īpašības un izvērtētu iespējas veidot liposomas. Savienojumi atšķiras ar nepolārās daļas alkilķēdes garumu un propargil-aizvietotāju skaitu un atrašanās vietu molekulā. Mērījumi tika veikti, izmantojot dinamiskās gaismas izkliedes metodi (DLS). Noteikti veidojošos liposomu hidrodinamisko diametru izmēri un zeta-potenciālu lielumi. Eksperimentālo rezultātu apstrāde un novērtēšana tika veiktas sadarbībā ar kolēģiem no OSI Membrānaktīvo savienojumu un β-diketonu laboratorijas. Iegūtie rezultāti aprakstīti, izvērtēti un izmantoti ka datus publikācijas manuskripta veidošanai.

Manuskripts “Contribution of molecular structure to self-assembling and biological properties of bifunctional lipid-like 4-(N-alkylpyridinium)-1,4-dihydropyridines” [Pub1] sagatavots un iesniegts žurnālā “Pharmaceutics“.

Šajā periodā mūsu fakultāte un laboratorija pārcēlās uz jaunu ēku Torņakalnā – Zinātņu mājā. Mēs būsim visi kopā, būs vairāk iespējas tikties un konsultēties ar kolēģiem no citam institūtam un laboratorijām.

4. ceturkšņa atskaite (01.08.2018. – 31.10.2018.)

Ceturtajā ceturksnī turpināta pētnieciskā darbība iepriekš iesāktās aktivitātēs, kā arī ņemta dalība profesionālās izaugsmes pasākumos un daļa laika aizvadīta ikgadējā atvaļinājumā.

WP2: Augusta tika turpināts darbs magetisko liposomu pētīšanas, meklējot piemērotākas nosacījumus. Kā arī iegūto rezultātu izvērtējums un apkopojums. Apkopotie rezultāti tika izmantoti par pamatu, lai sagatavotu un noformētu sienas referātu, kas tika prezentēts septembrī Starptautiskā konferencē ECIS 2018 Ļubļanā, Slovēnijā posteru sesijā [Conf1]. Konferencē piedalījās vairāk nekā 600 dalībnieku no 47 valstīm. Konferences ietvaros iepazinos ar jaunākajiem pētījumiem un tendencēm, saistītām ar biokoloīdu un biomimētiķu materiāliem un to pielietojumiem medicīnā, farmācijā un rūpniecībā, ka arī ar tematiem saistītiem ar lipīdu.

WP 1: Atskaites perioda tika veikti pirmie testa eksperimenti pētot hematīta daļiņu uzvedību rotējošā magnētiskajā laukā. Šogad mūsu laboratorija sākās kopējais projekts ar Sorbonas Universitātes PHENIX laboratoriju (Parīzē, Francijā) – FluMaMi” Osmozes projekta ietvaros (sk. https://mmml.lu.lv/funding), kas saskan ar mana projekta mērķiem. Šajā projektā ir paredzēta kopīga darbība dažādu magnētisku sistēmu izpētē, kopīgi semināri un diskusijas. Oktobrī es biju komandējumā Sorbonas Universitātes PHENIX laboratorijā [Mob2], kur piedalījos 2. Latvijas-Francijas sanāksmē “Fluctuation phenomena in magneto-microhydrodynamics” ar referātu “Synthesis of micron-sized hematite cubes, peanuts and ellipsoids” [LocConf2]. Komandējumā laikā, Parīzē, arī tika veikti eksperimenti ar dažādu formu hematīta daļiņām. Eksperimenta mērķis – pētīt daļiņu uzvedību rotējošā magnētiskajā laukā atkarībā no lauka frekvences, kad magnētiskā lauka vērtība ir konstanta; un otrādi, pie konstantas frekvences ar mainīgu magnētiskā lauka vērtību. Šajos eksperimentos kubiskas formas hematīta daļiņas parādīja interesantu uzvedību.

Pēc eksperimentu rezultātiem, tālākiem pētījumiem tika izvelētas kubiskas hematīta daļiņas. Eksperimentu rezultātu apstrāde tiks veikta sadarbībā ar kolēģiem ar mērķi sagatavot publikāciju.

Zinātnes un projekta popularizēšanai ņemta dalība Zinātnieku nakts 2018.g. pasākumiem LU FMOF (28.09). Tika demonstrēti dažādi magnētiska šķidruma (dzelzs oksīda nanodaļiņas ūdens vidē) īpašības (sk. attēlus) [PopSci2].

3. ceturkšņa atskaite (02.05.2018. – 31.07.2018.)

Trešā ceturkšņa sākumā piedalījos LZA Ķīmijas, bioloģijas un medicīnas zinātņu nodaļas sēde 2018.g. 24.maijā ar projekta prezentāciju (sk. darba kartība http://www.lza.lv/index.php?option=com_content&task=view&id=4393&Itemid=71) [PopSci3].

WP 1 Elipsoīda (A) un kubiskās (D) formas hematīta daļiņu paraugiem tika noteiktas magnētiskās īpašības. Raksturojošie lielumi (magnetizācija, koercitīvais spēks), iegūti, apstrādājot ar vibrācijas magnetometru (VSM 7404) iegūtās magnetizācijas līknes. Nelielās lineārās izmaiņas magnetizācijas līknes (sk. 1. (A) un (D) attēli) ir saistītas ar to, ka hematītam piemīt vājš feromagnētisms.

Pēc histerēzes cilpas formas varam konstatēt, ka kubiska forma hematīta daļiņām piemīt kristāliska anizotropija. Bet elipsoīda daļiņām novērota gan kristāliska, gan formas anizotropija.

WP 2 Atskaites periodā tika veikta magnētisku liposomu (MLs) sintēze, izmantojot vienu no sintētisko lipīdu kompozīciju – katjonu 1,4-DHP atvasinājumu – sav. 3. MLs sintēzei tika izmantots spontānās piebriešanas un apgrieztas fāzes ietvaicēšanas metodes, metodiski meklējot optimālas liposomu formēšanas apstākļos (piemērām, kā izmantotais ietvaicēšanas spiediens ietekmē liposomu formēšanu). Magnetoliposomu formēšana tika vērtēta ar dinamiskās gaismas izkliedes metodi un raksturotas ar OM.Iegūtās MLs dispersijas pēc magnētiskās separācijas tika pētītas ar dinamiskās gaismas izkliedes metodi un raksturotas ar optisko mikroskopiju.

Ar Lengmīra-Blodžetas metodi tika novērtētas savienojumu 1–7 polārās daļas izmēri (laukums) (sk. 1. tabulā). Polāras galvas laukums tika aprēķināts no iegūtās izotermas (virsmas spiediena attiecība pret vidējo molekulāro laukumu) šķidrā kondensētā fāzē. Saskaņā ar šo pētījumu rezultātiem tika konstatēts, vielas polāras daļas platumu ietekmē nepolāras astes garums – dodecil- (sav. 1: vidējais laukums 85,67 Å2), tetradecil- (sav. 2: 59,64 Å2), heksadecil- (sav. 3: 53,70 Å2) radikāļi.

2. ceturkšņa atskaite (01.02.2018. – 30.04.2018.)

Otrā ceturkšņa sākumā piedalījos LU 76. konferences sekcijas sēde “Kolokvijs – 50 gadi magnētisma pasaulē” (http://mmml.lu.lv/pieteikties-konferencei, pieejams arī video ieraksts), kuras ietvaros uzstājos arī ar mutisku referātu “Chemist in the Laboratory of Magnetic Soft Materials” [LocConf1].

WP 1 Februāra beigās un marta sākuma (20.02–08.03.2018) devos uz plānoto stažēšanos Barselonas Universitātes Fizikas fakultātes Kondensētas vides fizikas nodaļas Magnētiskas Mīkstas Vides grupā (vad. as. prof. Pietro Tierno) [Mob1], lai apgūtu anizotropu magnētisko daļiņu sintēzes metodes un iemaņas. Magnētiskas daļiņas tiks izmantotas mikroreoloģijas pētījumos.

1. att. Sintezēta hematīta (α-Fe₂O₃) paraugu elipsoīda (A), liela elipsoīda (B), un kubiskās (D) formas nanodaļiņu optiskas mikroskopijas attēli (objektīva palielinājums 100x, mērogs 5 mm).

Atskaites periodā tika sintezētas arī “Peanut” (C) formas daļiņas. Iegūto daļiņu izmēri 1,6x0.5 mm tika noteikti ar OM.

Hematīta daliņu sintēzes pamatā izmantota viena metode [T.Sugimoto et al., Colloids Surf. A, 1993, 70,167], bet mainot nātrija hidroksīda un Na₂SO₄ daudzumu var iegūt dažādu hematīta daļiņas formas (A, B un C). Ir zināms, ka sulfāta anjona adsorbcija maina daļiņu formu [Shindo et al. J Colloid Interface Sci., (1994),168, 478]. Ja nātrija sulfāts nav izmantots, tad rezultāta varam iegūt D daļiņas. Reaģentu pievienošanas un maisījuma ātrums arī ietekmē kristalizācijas procesu.

Lai raksturotu (A), (B), (C) un (D) formas α-Fe₂O₃ (hematīta) daļiņas tika izmantota skenējošā elektronmikroskopija (SEM, Hitachi S-4800) (LU Ķīmiskās fizikās institūtā). SEM rezultāti apstiprināja iegūto daļiņu formas un izmērus, kuri sakrīt ar OM rezultātiem (sk. 3. att).

3. att. Sintezētā hematīta (α-Fe₂O₃₎ paraugu elipsoīda (A, mērogs 4 mērogs), liela elipsoīda (B, mērogs 5 mm)), “peanuts” (C, mērogs 5 mm) un kubiskās (D, mērogs 5 mm) formas nanodaļiņu SEM attēli.

WP 2 Atskaites periodā tika veikta magnētisko liposomu (MLs) iegūšana izmantojot vienu no projekta pētījumā plānoto jauno sintētisko lipīdu kompozīciju – katjonu 1,4-DHP atvasinājumu (sk. 4. att.) – savienojumu 7.

MLs sintēzei tika izmantotas spontānas piebriešanas (SpSw) un apgrieztas fāzes ietvaicēšanas (REV) metodes. SpSw metodē amfifīla savienojuma pašasociēšanās īpašības un temperatūra ir ļoti nozīmīgi parametri. REV metodē izmantots pazeminātais spiediens liposomu iegūšanas procesā. Pirmie rezultāti rada, ka MLs iegūtas ar SpSw metodi ir ļoti nehomogēnas pēc formas un izmēriem (sk. 5. att.).

Darbs ar savienojumu 7 vēl turpinās, lai noteikut sav. 7 iespēju veidot MLs, kā arī optimālos liposomu veidošanas nosacījumus.

1. ceturkšņa atskaite (01.11.2017. – 31.01.2018.)

WP 1. Atskaites periodā pēc zinātniskas literatūras apskata pirmajam sintēzes izmēģinājumiem hematītam (α-Fe₂O₃) tika izvelēta metode, kas aprakstīta T. Sugimotoet al., Colloids Surf. A, 1993, 70,167.

Tika veiktas izmēģinājuma sintēzes, pielāgojot tās esošam laboratorijā aprīkojumam.

Iegūtas daļiņas tika pētītas, izmantojot dinamiskās gaismas izkliedes metodi (DLS, Zetasizer Nano S90, Malvern Instr.), lai noteiktu daļiņu hidrodinamisko diametru D_H; rentgenstarojuma difraktometriju (Fizikali organiskās ķīmijas lab., OSI), lai noteiktu iegūto daļiņu sastāvu un struktūru, un optisko mikroskopiju.

Rentgenogramma (sk. 1.Att.) paradīja, ka sintēzes rezultātā tika iegūtas hematīta daļiņas kā arī piemaisījumu klātbūtni (22 = 26.77 grad). Pēc optiskās mikroskopijas (OM) iegūto daļiņu izmērs (D₀) ir 300–600 nm.

Pēc DLS datiem: iegūto daļiņu Z-ave D_H = 1389 nm; sadalījuma maksimuma vid. D_H = 1604 ± 647 nm un polidispersitātes indeks (PdI) 0.162. Daļiņu stabilizācijai suspensijā tika izmantots nātrija laurilsulfāts un karboksimetildekstrāna nātrija sāls. Netika sasniegta stabila nanodaļiņu dispersija.

Nepieciešams turpināt meklēt un veidot sintēzes metodes un nosacījumus, ar mērķi iegūt stabilas daļiņu dispersijas; iegūt dažādu formu un izmēru hematīta daļiņas.

WP 2. Latvijas OSI MAS laboratorijā ir sintezēti jauni lipīd-veida savienojumi, kuriem par savienotajposmu (linkers) starp polāro un lipofīlo daļām ir izmantots 1,4-dihidropiridīna gredzens (1,4-DHP) (sk. 2. Att.).

Projekta gaitā tiks pētītas šādas modifikācijas katjonu 1,4-DHP atvasinājumos: polāras daļas modifikācijas – savienojumi 5 un 6; linkera modifikācija – savienojumi 4 un 7; hidrofobas daļas modifikācijas – savienojumi 1, 2 un 3.

Lai iegūtu informāciju par pētīto savienojumu (sav. 1–7) fizikālajām īpašībām, tika veikta termogravimetriskā (TG) un diferenciālā termālā analīze (DTA) (LU CFI Shimadzu DTG-60). Analīze veikta Ar atmosfērā (plūsma 50 ml/min).

Noteikts lipīda parauga daudzums tika ievietots alumīnija šūnā, kura, savukārt, tika ievietota ierīcē. Paraugs tika lēni karsēts, paceļot temperatūru no 25 līdz 300°C. Analizējot iegūtos datus (sk. 3. Att.) varam atrast temperatūras diapazonu, kad sākas vielas stāvokļa izmaiņas (endotermisks process), bez parauga ievērojamas masas zaudējuma (parēja uz gēla fāzi). Piemēram, tāda veidā var noteikt temperatūras diapazonu, kurš ir vispiemērotākais liposomu veidošanai.

Iegūtas magnētiskas liposomas, izmantojot apgrieztās fāzes ietvaicēšanas metodi (REV) salīdzinājumam izmantojot 1,4-DHP atvasinājumus ar hidrofobās daļas modifikācijas (savienojumi 1 (C₁₂), 2 (C₁₄), 3 (C₁₆)) – šīm savienojumam ir pagarinātas nepolāras daļas. Ka var redzēt, nepolāras daļas pagarināšana ietekmē liposomas izmēru.

Zinātnes un projekta popularizēšanai ņemta dalība Valsts izglītības attīstības aģentūras un Latvijas Jauno zinātnieku apvienības organizētajā diskusiju forumā “Ko nozīmē būt zinātniekam?”, kuram sagatavota prezentācija:

O. Petričenko, Jaunu funkcionālo nanomateriālu sintēze, VIAA&LJZA diskusiju forums “Ko nozīmē būt zinātniekam?”, Rīga, Latvija, 2017.12.06. (darba kārtība) [PopSci1]

---------------------------------Publikāciju/Rezultātu saraksts----------------------------------

Raksti:

[Pub1] M. Rucins, P. Dimitrijevs, K. Pajuste, O. Petrichenko, L. Jackevica, A. Gulbe, S. Kibilda, K. Smits, M. Plotniece, D. Tirzite, K. Pajuste, A. Sobolev, J. Liepins, I. Domracheva, A. Plotniece. Contribution of molecular structure to self-assembling and biological properties of bifunctional lipid-like 4-(N-alkylpyridinium)-1,4-dihydropyridines, Pharmaceutics 2019, 11, 115; doi:10.3390 /pharmaceutics11030115. https://www.mdpi.com/1999-4923/11/3/115

[Pub2] O. Petrichenko, G. Kitenbergs, M. Brics, E. Dubois, R. Perzynski, A.Cēbers Swarming of micron-sized hematite cubes in a rotating magnetic field –Experiments JMMM 500 (2020) 166404; https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2020.166404.

Starptautisku konferenču tēzes:

[Conf1] O.Petrichenko, A.Plotniece, K.Pajuste, M.Rucins, P. Dimitrijevs, A.Sobolev and A.Cebers. Influence of the synthetic lipid-like pyridinium amphiphile structure on the formation of magnetic liposome. 32nd Conference ofThe European Colloid and Interface Society (ECIS 2018). 2018 September 2–7 Ljubljana, Slovenija. P. 538. (http://www.ecis-web.eu/ljubljana2018/ECIS2018_BA.pdf)

[Conf2] O. Petrichenko, G. Kitenbergs, R. Perzynski, A.Cēbers “Swarming of micron-sized hematite cubes in a rotating magnetic field –Experiments”. ICMF 2019 Book of Abstracts. July 8–12, 2019 Paris, P. 226. (sk. https://premc.org/doc/ICMF2019/ICMF2019_Book_Of_Abstracts.pdf).

Lokālu konferenču tēzes:

[LocConf1] O. Petričenko, Chemist in the Laboratory of Magnetic Soft Materials, LU 76. konference, “Kolokvijs – 50 gadi magnētisma pasaulē”, Rīga, Latvija, 2018.02.02. (plānojums)

[LocConf2] O.Petrichenko, Synthesis of micron-sized hematite cubes, peanuts and ellipsoids, Francijas un Latvijas zinātnieku seminārs “Fluctuation phenomena in magneto-microhydrodynamics” (2nd French - Latvian meeting “Fluctuation phenomena in magneto-microhydrodynamics” 9 Octobre 2018 - Sorbonne Université - Paris – France), Parīze, France

[LocConf3] O. Petričenko, Synthesis and properties of hematite (γ-Fe₂O₃), University of Latvia 77th international conference, Section “Magnetic Soft Matter”, Riga, Latvia, 01.02.2019.

https://dspace.lu.lv/dspace/bitstream/handle/7/46474/MAGNETIC_SOFT_MATTER_77th_LU_conference_Book_of_Abstracts.pdf?sequence=1&isAllowed=y.

Populārzinātniskas aktivitātes:

[PopSci1] O. Petričenko, Jaunu funkcionālo nanomateriālu sintēze, VIAA&LJZA diskusiju forums “Ko nozīmē būt zinātniekam?”, Rīga, Latvija, 2017.12.06. (darba kārtība)

[PopSci2] O. Petričenko, Magnētiskie mīkstie materiāli un tos īpašības, Zinātnieku nakts 2018, LU Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultāte, Rīga, Latvija, 2018.09.28.

[PopSci3] O. Petričenko. Jaunu magnētisku aktīvu funkcionālo nanomateriālu sintēze, LZA Ķīmijas, bioloģijas un medicīnas zinātņu nodaļas sēde 2018.g. 24.maijā.

http://www.lza.lv/index.php?option=com_content&task=view&id=4393&Itemid=71

Mobilitātes:

[Mob1] Barselonas Universitātes Fizikas fakultātes Kondensētas vides fizikas nodaļas Magnētiskas Mīkstas Vides grupā, Barselona, 20.02.–08.03.2018.

[Mob2] PHENIX laboratorija Parīzē, 8.10–14.10.2018.