Адсорбционная модификация наноалмазов меченными тритием катионными поверхностно-активными веществами и полисахаридами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.14, кандидат наук Синолиц Артём Вадимович

• Синолиц Артём Вадимович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Синолиц Артём Вадимович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. НАНОАЛМАЗЫ: СТРОЕНИЕ, ПОЛУЧЕНИЕ, МОДИФИЦИРОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

1.1. Структура наноалмазов

1.2. Форма и размер наноалмазов

1.3. Получение наноалмазов

1.3.1. Физико-химические основы получения ДНА

1.3.2. Технология получения ДНА

1.4. Функциональные группы на поверхности наноалмаза

1.4.1. Окисленные наноалмазы

1.4.2. Гидрированные наноалмазы

1.4.3. Аминированные наноалмазы

1.5. Модификация поверхности наноалмазов природными полисахаридами

1.5.1 Модификация поверхности наноалмазов хитозаном

1.5.1.1. Ковалентная модификация поверхности углеродных наноматериалов хитозаном

1.5.1.2 Нековалентная модификация поверхности углеродных наноматериалов хитозаном

1.5.2. Модификация поверхности наноалмазов гиалуроновой кислотой

1.5.2.1. Ковалентная модификация поверхности углеродных наноматериалов гиалуроновой кислотой

1.5.2.2. Нековалентная модификация поверхности углеродных наноматериалов гиалуроновой кислотой

1.5.3. Модификация наноалмазов другими биополимерами

1.6. Применение наноалмазов для доставки лекарственных препаратов

1.6.1. Регулирование эндотелиальной проницаемости с применением модифицированных наноалмазов

1.6.2. Ковалентная модификация поверхности наноалмазов лекарственными препаратами

1.6.3 Нековалентная модификация поверхности наноалмазов лекарственными препаратами

ГЛАВА 2. ПОЛУЧЕНИЕ МЕЧЕНОЙ ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТЫ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)

2.1. Получение меченной тритием гиалуроновой кислоты

2.2 Метод термической активации трития

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ РАБОТЫ

ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

3.1 Параметры использованных наноалмазов

3.1.1 Характеристика наноалмазов

3.1.2 Приготовление суспензий наноалмазов

3.2 Нековалентная модификация наноалмазов

3.3 Получение меченных тритием органических веществ с помощью метода термической активации трития

3.3.1 Методика введения трития

3.3.2 Очистка меченных тритием катионных ПАВ

3.3.3 Очистка и анализ меченного тритием амикацина

3.3.4 Получение меченной тритием гиалуроновой кислоты

ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСПОЛЬЗОВАННЫХ НАНОАЛМАЗОВ

ГЛАВА 5. ПОЛУЧЕНИЕ МЕЧЕННЫХ ТРИТИЕМ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ АДСОРБЦИИ НА НАНОАЛМАЗАХ

5.1. Низкомолекулярные соединения

5.2. Высокомолекулярные соединения

5.2.1. Получение меченного тритием хитозана

5.2.2. Получение меченной тритием гиалуроновой кислоты

ГЛАВА 6. ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ НАНОАЛМАЗ-ЛИГАНД С НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ

6.1. Получение адсорбционных комплексов наноалмаз-катионные ПАВ

6.2. Изучение стабильности адсорбционных комплексов амикацина с детонационным наноалмазом

ГЛАВА 7. ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ НАНОАЛМАЗ-ЛИГАНД С ПОЛИСАХАРИДАМИ

7.1. Получение адсорбционных комплексов наноалмаз-хитозан

7.2. Получение адсорбционных комплексов наноалмаз-гиалуроновая кислота

ГЛАВА 8. ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ НАНОАЛМАЗ-МИРАМИСТИН-ПОЛИСАХАРИД

8.1. Получение комплексов наноалмаз-мирамистин-хитозан

8.2. Получение комплексов наноалмаз-мирамистин-гиалуроновая кислота

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Детонационные наноалмазы (ДНА) - наноуглеродный материал, который получают из взрывчатых веществ и свойства которого зависят от состава взрывной смеси и способа очистки[1]. Высокая теплопроводность, твердость, устойчивость к трению, низкая токсичность обуславливают перспективы их использования в составе композиционных [2-4] и смазочных [5] материалов, полирующих составов [6], в качестве носителей катализаторов [7] и активного компонента каталитических систем [8]. Функционально развитая поверхность ДНА и наличие на ней преимущественно кислородсодержащих функциональных групп позволяет проводить их химическую модификацию [9,10], а также использовать наноалмазы в качестве сорбентов для различных веществ [11,12]. Работы по модифицированию ДНА способствуют поиску новых областей их применения и являются актуальными. Адсорбционная модификация поверхности, когда прочность удерживания вещества можно регулировать изменением состава среды, перспективна для применения ДНА в качестве платформы для доставки лекарственных веществ [13-16].

При проведении исследований по модификации ДНА очень важно определять количество вещества, связанного с поверхностью, в широком диапазоне

и /-Ч и

значений. С этой точки зрения метод радиоактивных индикаторов с применением меченных тритием соединений является надежным инструментом исследования адсорбционных процессов. Предел обнаружения меченного тритием соединения при использовании метода жидкостной сцинтилляционной спектрометрии составляет 10-14 моль. Изменяя удельную радиоактивность меченого соединения, можно работать в очень широком диапазоне концентраций, а присутствие других нерадиоактивных компонентов мало влияет на регистрацию излучения трития или это влияние можно учесть [17,18].

Для использования меченных тритием соединений необходимо располагать удобным и универсальным способом их получения. В работе применили метод термической активации трития, который включает обработку вещества атомами, получающимися при диссоциации молекул трития на вольфрамовой проволоке, нагретой электрическим током до 1600-2000 К. Этот метод позволяет ввести

тритий в вещества разных классов от низкомолекулярных соединений до биополимеров [19,20].

Степень разработанности темы. Адсорбционная модификация наноалмазов является важным направлением развития их применения. Появились работы, в которых предлагается использовать ДНА как платформы для лекарственных препаратов [13-16]. Однако количественное определение состава получаемых комплексов не производится, либо осуществляется косвенными методами с большой погрешностью. Чаще всего адсорбцию определяют из изменения концентрации раствора адсорбата, но при этом невозможно различить равновесную обратимую адсорбцию вещества и образование комплексов, в которых вещество прочно удерживается длительное время. Для полиэлектролитов, а также диссоциирующих на ионы низкомолекулярных соединений прежде всего рассматривается адсорбция на поверхности наноалмазных частиц с противоположным знаком заряда поверхности [21-24]. Взаимодействие веществ с наночастицами одинакового знака заряда поверхности изучено мало, и механизм образования комплексов не определен.

При использовании ДНА как носителя лекарственного вещества необходимо рассмотреть возможность увеличения продолжительности действия. Изоляцию лекарственного вещества от окружающей среды и регулирование его высвобождения можно осуществить с помощью дополнительных покрытий. Природные полисахариды являются перспективными для создания таких покрытий. Однако в литературе отсутствует количественное описание нековалентных комплексов наноалмаз-малая молекула-полисахарид.

Универсальным подходом для определения количества молекул, связанных с наноалмазом, может быть применение метода радиоактивных индикаторов. Для органических молекул удобной радиоактивной меткой является тритий. Однако публикаций по применению меченных тритием соединений для определения количества вещества, адсорбированного на поверхности наноматериалов, не так много, метод требует дальнейшей проработки.

Цель работы: получение и характеристика новых комплексов наноалмаз-катионное поверхностно-активное вещество и тройных комплексов наноалмаз-мирамистин-полисахарид (хитозан или гиалуроновая кислота).

Для достижения цели было необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать методику получения меченной тритием гиалуроновой кислоты с помощью метода термической активации трития. Адаптировать методики получения меченных тритием амикацина, мирамистина, бромидов алкилтриметиламмония (алкил - додецил, тетрадецил, цетил), хитозана для применения их в адсорбционных экспериментах с наноалмазами.

2. Получить двойные адсорбционные комплексы детонационных наноалмазов с индивидуальными веществами: амикацином, мирамистином, бромидами алкилтриметиламмония, хитозаном и гиалуроновой кислотой и определить их состав с помощью меченных тритием соединений.

3. Выявить сходство и различие в образовании адсорбционных комплексов вещества-сорбата и наноалмазов, отличающихся зарядом поверхности.

4. Получить и охарактеризовать тройные адсорбционные комплексы наноалмаз-мирамистин-полисахарид (хитозан и гиалуроновая кислота).

Объекты исследования - водные суспензии наноалмазов детонационного синтеза различных марок и с различным функционалом поверхности, катионные поверхностно-активные вещества - бромиды алкилтриметиламмония, мирамистин, полисахариды - хитозан, гиалуроновая кислота. Предмет исследования -образование адсорбционных комплексов между наноалмазами детонационного синтеза и органическими сорбатами.

Методология диссертационного исследования

В работе использованы современные физико-химические методы анализа наноматериалов в совокупности с радиохимическим подходом. Введение трития в органические вещества проводили с помощью метода термической активации трития. Для выделения и анализа меченных тритием соединений использовали современные методы жидкостной хроматографии (обращенно-фазная, эксклюзионная) и тонкослойную хроматографию. Для регистрации Р-излучения трития использовали жидкостную сцинтилляционную спектрометрию. Наноалмазы были охарактеризованы методами ИК-спектроскопии, тепловой десорбции азота, динамического и электрофоретического светорассеяния.

Научная новизна работы

1. Впервые разработаны условия введения трития в гиалуроновую кислоту с помощью метода термической активации без изменения ее молекулярно-массового распределения и с высокой удельной радиоактивностью.

2. Впервые получены адсорбционные комплексы детонационных наноалмазов, отличающихся функциональным составом поверхности, с меченными тритием бромидами алкилтриметиламмония, хитозаном и гиалуроновой кислотой и определена прочность удерживания сорбата в комплексах наноалмаз-сорбат в растворах с разной ионной силой и в присутствии сывороточного альбумина.

3. Из совокупности данных, полученных с помощью метода радиоактивных индикаторов и других физико-химических методов, для исследованных веществ выявлены сходства и различия в образовании адсорбционных комплексов с наноалмазами, имеющими одинаковый и разный заряд поверхности по отношению к сорбату.

4. Впервые получены и количественно охарактеризованы тройные комплексы наноалмаз-мирамистин-хитозан и наноалмаз-мирамистин-гиалуроновая кислота.

Практическая значимость работы:

1. Разработаны практические рекомендации применения меченных тритием соединений - как низкомолекулярных, так и полимеров - в качестве радиоактивных индикаторов для определения состава адсорбционных комплексов с наноалмазами. Обнаруженные закономерности адсорбционной модификации наноалмазов могут быть использованы при разработке биосовместимых материалов, содержащих наноалмазы в своем составе.

2. Разработана методика получения меченной тритием гиалуроновой кислоты с удельной радиоактивностью до 52 ГБк/г. Меченная тритием гиалуроновая кислота может быть использована как индикатор ее содержания в различных системах, включая биологические.

3. Предложено использовать наноалмазы как компонент покрытий материалов медицинского назначения (патент RU 2711544 С1 «Биоматериал для изготовления протезов клапанов сердца и способ получения биоматериала»).

Положения, выносимые на защиту:

1. Содержание сорбатов на поверхности наноалмазов определяется из радиоактивности меченных тритием соединений, измеренной с помощью метода жидкостной сцинтилляционной спектрометрии. Результат измерения не зависит от присутствия других веществ.

2. Разработанная методика позволяет получать меченную тритием гиалуроновую кислоту с удельной радиоактивностью до 52 ГБк/г без изменения ее молекулярно-массового распределения.

3. Разработанная методика позволяет получать адсорбционные комплексы наноалмаз-мирамистин-полисахарид (хитозан, гиалуроновая кислота) и контролировать количество мирамистина и полисахарида в составе комплекса по их радиоактивности.

4. Количество адсорбированного на наноалмазах хитозана и гиалуроновой кислоты определяется прежде всего зарядом поверхности. Предварительная адсорбция мирамистина позволяет изменять этот заряд и соответственно регулировать адсорбцию полисахаридов.

Соответствие паспорту научной специальности

Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 02.00.14 -Радиохимия по областям исследований: Получение и идентификация меченых соединений. Метод радиоактивных индикаторов. Химические аспекты использования радионуклидов в биологии и медицине.

Степень достоверности

Достоверность полученных в работе результатов определяется использованием стандартных методик измерения, использованием современного оборудования и воспроизводимостью полученных результатов.

Личный вклад автора состоял в анализе литературы, планировании и проведении экспериментов и обсуждении результатов, изложенных в работе, и подготовке публикаций. Эксперименты по получению и изучению комплексов соли четвертичных аммониевых оснований-ДНА выполнены совместно со студентом Гуськовым А.В. Эксперименты по получению и изучению комплексов ДНА с гиалуроновой кислотой и комплексов гиалуроновая кислота-мирамистин-ДНА выполнены совместно со студентками Петровой В.И и Вотяковой В.С.

Элементный анализ проведен с.н.с., к.х.н. Волковым Д.С. ИК-Фурье-спектры получены к.х.н. Поповым А.Г. ПЭМ-микрофотографии получены к.х.н. Егоровым А.В. и м.н.с. Егоровой Т.Б.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Адсорбционная модификация наноалмазов меченными тритием катионными поверхностно-активными веществами и полисахаридами»

Апробация работы

Основные результаты данной работы были представлены на всероссийских и международных конференциях в форме стендовых и устных докладов: Международные научные конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (2017, 2018, 2019, 2020, 2021), Международная конференция со школой и мастер-классами для молодых ученых «Химическая технология функциональных наноматериалов» (2017), Молодежная конференция Scientific work of graduate students on Chemistry Department of Lomonocsov MSU (2018), IX Российская конференция с международным участием «Радиохимия 2018» (2018), Открытый конкурс-конференция научно-исследовательских работ по химии элементоорганических соединений и полимеров ИНЭОС OPEN CUP (2018), 14th and International Conference «Advanced Carbon NanoStructures» (ACNS'2019, 2021), II Школа-конференция для молодых ученых «Супрамолекулярные стратегии в химии, биологии и медицине: фундаментальные проблемы и перспективы» (с международным участием) (2020), Восьмая всероссийская Каргинская конференция. Полимеры в стратегии научно-технического развития РФ. «Полимеры - 2020» (2020).

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты № 19-3390151 «Аспиранты», № 18-33-20147-мол-а-вед, № 17-03-00985-а).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 6 статьях, индексируемых в системе Web of Science, и 11 тезисах докладов. По результатам работы получен патент РФ.

Структура и объем диссертации

Диссертация изложена на 169 страницах, содержит 59 рисунков, 16 таблиц, список цитируемой литературы включает 257 ссылок.

ГЛАВА 1. НАНОАЛМАЗЫ: СТРОЕНИЕ, ПОЛУЧЕНИЕ, МОДИФИЦИРОВАНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ) 1.1. Структура наноалмазов

Алмаз является нестабильной фазой углерода при стандартных условиях, стабильной фазой является графит. Разница в энергии между двумя фазами относительно невысока - 0,02 эВ на атом, однако они разделены высоким энергетическим барьером 0,4 эВ на атом, поэтому для превращения графита в алмаз требуются высокие давления и высокие температуры. На наномасштабах становится значительным вклад энергии поверхности в энергию Гиббса, поэтому фазовое равновесие между графитом и алмазом может быть обращено. Моделирование атомной структуры фаз показало, что для структур размером 3-6 нм тетраэдрическая структура углерода термодинамически более стабильна, чем полиароматическая, то есть, на наномасштабах алмазные наночастицы более стабильны, чем графитовые. [25]

Поверхность наноалмазов зависит от их размера, формы и присутствия функциональных групп. Морфология частиц наноалмазов может проявляться в виде характерных алмазных граней, задающих форму поверхности. Данные грани формируются свободными связями на поверхности частицы для того, чтобы они стали скомпенсированными. Поверхность как природных, так и искусственных наноалмазов, состоит в основном из граней с индексами (100), (110) и (111), при этом (100) и (111) наиболее распространены. На рис. 1 приведена перегруппировка связей в алмазе вдоль граней (111) и (100). Предполагается, что перегруппировка грани (111) приводит к образованию п-связей между атомами углерода на поверхности (цепочки Пандея). [26,27]

(111) не перегруппированы 2x1 перегруппировками)

(100) не перегруппированы 2x1 перегруппировка (100)

Рисунок 1. Структуры на поверхности алмаза размером 4,2 нм, ограненного гранями (111) и (100) с морфологией, приближенной к сферической[28].

На рисунке 1 изображены структуры на поверхности алмаза размером 4,2 нм, ограненного гранями (111) и (100) с морфологией, приближенной к сферической. Поверхности 1x1 перегруппированы как структуры с минимальной энергией, поверхности 2x1 с п-цепочками для грани (111) и п-связанные димеры для грани (100). Подобная перегруппировка требует разрыва связей подповерхностных атомов и приведет к значительному растяжению связей. Атомы на поверхности грани (100) способны образовывать п-связанные димеры с соседними атомами за счет сильного искажения поверхности. Относительно небольшое искажение поверхности наблюдается у грани (110), на поверхности которой атомы уже связаны по цепочке, и образование п-связей, составляющих поверхность, приводит к релаксации структуры без изменений в топологии связей.[28]

Рисунок 2. Модель первичной частицы наноалмаза[29].

На рисунке 2 представлена модель первичной частицы наноалмаза размером

4,2 нм. Частица состоит из 7812 атомов углерода, 1122 из которых расположены на

поверхности (15,7% атомов). Пурпурные и зеленые точки изображают двух- и

трехкоординированные атомы углерода, соответственно, по 378 и 744 атомов с

каждым типом координации. Атомы с координационным числом равным единице

не представлены. Количество атомов на восьми гранях (111), которые могут

участвовать в образовании фуллереноподобной оболочки, составляет 20-25%.[29]

На поверхности частицы алмаза с почти сферической формой фрагменты

каждого из трех типов граней занимают лишь небольшую площадь на поверхности.

Таким образом, перестройка поверхности требует значительных топологических

изменений, которые могут быть невозможны. Атомистическая модель кристалла

нефункционализированного кубического наноалмаза размером 2 нм огранена

гранями (001), аналогичными граням макроалмаза (образование димеров)[30], в то

время как поверхности с октаэдрическими, кубоктаэдрическими и сферическими

кластерами имеют склонность к расслоению граней (111) и образованию алмазов с

фуллереноподобными фрагментами. Фуллереноподобная морфология характерна

для наноразмерных алмазных структур, у которых маленькая площадь грани (111)

ограничена прилегающими гранями (100) и (111). Графитизация грани (111) алмаза

облегчается тем, что она топологически подобна и состоит из слоистых

гексагональных структур и (0001) графитовой плоскости. Проекция слоистой

13

гексагональной структуры поверхности (111) очень близка по размерам к графитовой. Барьер между поверхностью с идеальной структурой и фуллереноподобной возрастает с увеличением размера наночастицы[31] и приобретает величину порядка десятков эВ, как в макроалмазах[32]. Таким образом, в наноалмазах с расширенными гранями (111) энергетически предпочтительны цепочки Пандея, как и на гранях (111) макроалмаза. Графитизация наноалмаза является первой стадией к фазовому превращению наноалмаза в набор многостенных фуллеренов (луковичный углерод) и протекает при нагревании наноалмаза в инертной атмосфере [33] или под воздействием пучка электронов [34].

Чувствительность структуры наноалмаза к пучку электронов требует осторожности при изучении частиц наноалмаза методами HRTEM. Во избежание графитизации частиц применяются пучки электронов с разностью потенциалов 80 кВ. Обработка наноалмазов перемалыванием в мельнице может также приводить к графитизации, кислотное окисление после механического измельчения позволяет уменьшить содержание неалмазного углерода[35]. Наличие различных фаз углерода возможно определять с применением рентгеновской абсорбционной (при мягких условиях) и рентгеновской абсорбционной спектроскопии (XAS)[36].

В условиях, при которых функциональные группы удаляются с поверхности наноалмаза, она реконструируется в структуру с минимальной энергией, и на ней появляются графитовые участки. Поверхность ДНА может графитизироваться при нагревании в вакууме (650-700°0, в присутствии металлов-катализаторов (Fe, №) и кислородсодержащих водородсодержащих газов, однако при нагревании в условиях глубокого вакуума или в среде инертного газа графитизации наноалмаза не наблюдается[37]. В работе [37] показано, что, если кислородсодержащие газы, образующиеся при термическом разложении ДНА, не выводятся из реакционного сосуда, температура графитизации значительно снижается. Полное разложение функциональных групп поверхности ДНА происходит при 900°^ полное удаление атомов водорода происходит при 1100°С При нагревании выше 1100^ на поверхности частицы наноалмаза размером более 2 нм образуются полностью разделенные многостенные графитовые оболочки, и при нагревании выше 1500^ в

глубоком вакууме на протяжении 1 -2 ч происходит превращение частиц ДНА в луковичный углерод. [26]

Поверхность частицы, состоящей из sp3-гибридизованных атомов углерода, может быть стабилизирована посредством перестройки с образованием терминальных функциональных групп. Наноалмазы, функционализированные водородом, размером до 1,5 нм известны как алмазоиды и присутствуют в нефти. Согласно результатам моделирования энергий образования частиц наноалмазов различных размеров с различной степенью гидрирования поверхности, полностью гидрированные наноалмазы с формой, близкой к сферической, являются наиболее стабильными при размере до 3 нм. Частицам больших размеров - до десятков нанометров - энергетически выгодно иметь на своей поверхности и другие функциональные группы, содержащие кислород и другие гетероатомы.[38]

Расчеты с применением метода функционала плотности показали, что поверхность наноалмаза, покрытая атомами кислорода, является наиболее термодинамически стабильной в условиях кислородной атмосферы и становится менее предпочтительной при уменьшении парциального давления кислорода или при повышенной температуре. Для гидроксильных групп наблюдается похожая зависимость. При химических потенциалах ниже некоторых критических значений структура, аналогичная структуре макроалмаза, является наиболее стабильной. [39]

Рисунок 3. Модель частицы наноалмаза размером 5 нм с акцентом на

функциональные группы[26].

На рисунке 3 изображена модель частицы наноалмаза размером 5 нм с акцентом на функциональные группы и некоторые примеси. Алмазное ядро покрыто слоем поверхностных функциональных групп, которые стабилизируют частицу занимая незадействованные связи. Поверхность может также быть стабилизирована конвертацией sp3-гибридизованных атомов углерода в sp2. sp2-гибридизованные атомы углерода (показаны черным цветом) образуют цепочки и поверхности графита. Большинство поверхностных функциональных групп оканчиваются кислородсодержащими функциональными группами, образующимися после окислительной очистки детонационной шихты. Имеются углеводородные цепочки (зеленые), атомы кислорода (красные), азота (синие) и водорода (белые). Алмазное ядро может также включать примеси, которые могут быть превращены в люминесцирующие цветные центры или образуют оптически неактивные дефекты.

Ядро детонационных наноалмазов может включать атомы азота (2-3% масс.), переходящие в него из продуктов взрыва, возможно синтезировать допированные бором ДНА, обладающие электропроводностью. [26,40]

1.2. Форма и размер наноалмазов

Форма и размер частиц наноалмазов зависят от пути их получения и дальнейшей обработки. Детонационные наноалмазы получаются из молекул взрывчатых веществ, которые предоставляют и углерод и энергию для его превращения. Размеры кристаллитов - первичных частиц - обычно 2-10 нм, наибольшее количество имеет размеры 4-5 нм, но могут встречаться некоторые количества кристаллитов с размерами 10-20 нм[26]. Размеры агрегатов первичных частиц могут составлять десятки нанометров. Данные агрегаты не могут быть разбиты даже при воздействии сильного ультразвука, но могут быть разделены с помощью перемалывания[41].

Плотные агрегаты, образовавшиеся в ходе синтеза, существенно отличаются от других видов наночастиц, которые агломерированы за счет электростатических или Ван-дер-Ваальсовых сил в растворе или после высушивания. Действие электростатические и Ван-дер-Ваальсовых сил приводит к агломерации агрегатов наноалмазов (или первичных частиц если агрегаты разбиты). Под агломерацией подразумевается достаточно слабая связь между частицами, а под агрегацией -сильная связь или сплавление частиц.

Продукт детонации, называемый шихтой, содержит 30-75% масс. алмазной фазы, графитоподобный углерод и несгораемый остаток (металлы и оксиды, 1-8% масс.). Примеси металлов переходят из запала, инициирующего подрыв заряда, и стальных стенок детонационной камеры. Примеси могут быть заключены в агрегаты наноалмазов или располагаться на их поверхности, поэтому для удаления примесей агрегаты должны быть разбиты. [42]

Очищенные с применением озона наночастицы алмаза могут содержать не связанные с агломератами первичные частицы, которые могут быть выделены впоследствии разбиванием агломератов ультразвуком или другим способом диспергирования. Полученные таким образом частицы имеют размер 2-2,5 нм и

сферическую форму, однако, присутствуют в значительном количестве и частицы с полиэдрической формой с четко выраженными гранями (рис. 5).[26,29]

Частицы на рисунке 4 могут обладать полиэдрическими (Ь) или менее упорядоченными формами (о). Частица на вкладке (^ обладает двумя смежными гранями (100) и (111), чистыми от sp -гибридизованного углерода, наблюдается минимальное присутствие графитоподобного алмаза. [26,29]

Рисунок 4. HRTEM-изображения первичных частиц ДНА, очищенных от неалмазного углерода озоном[26,29].

Монокристаллические частицы наноалмаза, полученные в HPHT-процессе, так же как и из природного алмаза, производятся с минимальным размером частиц 1020 нм. Частицы наноалмазов, полученные шаровым измельчением микронного порошка HPHT- или природных алмазов, имеют неправильную форму осколков, при определенных условиях возможно получать частицы с закругленными краями. Процесс измельчения обычно проводится в шаровой мельнице в среде аргона. [43]

1.3. Получение наноалмазов

Исторически первый метод относится к получению скорее крупных алмазов и использует фазовый переход графит-алмаз при воздействии высоких давлений и температур (HPHT - high pressure high temperature). Смесь графита и металлического катализатора (при необходимости) загружается в вертикальный

или кубический гидравлический пресс и сжимается при давлении 4-40 Мпа при нагревании до 1400K, в зависимости от применяемого давления; процесс может длиться от нескольких минут до нескольких часов. Данный процесс -периодический, что ограничивает его производительность, требует применения высоких давлений на протяжении достаточно большого времени, твердосплавные пуансоны прессов могут выходить из строя и представляют повышенную опасность при статическом сжатии материала, поэтому требуют особого контроля. Известна более производительная модификация данного метода, называемая «belt-press», отличается тем, что поликристаллический алмаз получается при пропускании реакционной шихты между двумя плотно прижатыми твердосплавными валками при нагревании, таким образом, представляет непрерывный процесс. В HPHT-процессах получается, как правило, поликристаллический алмаз, который далее измельчается до микронных и субмикронных размеров, что может приводить к загрязнению конечного продукта материалом измельчителя. Измельченные алмазы подвергаются обработке азотной и серной кислотой или сильными окислителями в кислой среде при нагревании для очистки от примесей металлов, таким образом, с большой вероятностью по HPHT-процессам получаются гидрофобные или окисленные наноалмазы. [44,45]

Известен метод получения наноалмазов с применением химического осаждения из газовой фазы (CVD - chemical vapor deposition). В процессе CVD подложка, например, из поликристаллического кремния, на которой происходит рост кристаллов алмаза, помещается в пары одного или нескольких веществ, как правило, углеводородов в смеси с водородом или инертным газом под давлением порядка 0,5-4 кПа. Производится нагрев подложки до температур порядка 1200 K с помощью микроволнового излучения. Вещества, составляющие газовую фазу, разлагаются на нагретой поверхности подложки, приводя к образованию алмазных пленок, толщина которых зависит от длительности проведения процесса, свойств и температуры подложки, давления и состава газовой фазы и прочих параметров. С помощью методов CVD получаются пластины монокристаллического и поликристаллического алмаза диаметром более 75 мм и толщиной 200-300 мкм. Полученные пластины или пленки далее измельчаются до необходимого размера частиц, при необходимости производится отмывка от материала измельчителя. Как

правило, получаются гидрофобные или обладающие положительным потенциалом частицы наноалмазов. [50,52-54] Варьируя состав газовой фазы, возможно управлять составом структуры или поверхности наноалмазов. Так, например, вводя бор- или азоторганические соединения возможно создавать в структуре ядра наноалмаза соответственно бор- или азотсодержащие вакансии, которые значительно изменяют оптические свойства наноалмазов и позволяют получать допированные бором или азотом флуоресцирующие и люминесцирующие наноалмазы. [41 ]

Детонационные наноалмазы впервые получены в 1961 году путем ударного сжатия графита взрывом в США. [49] В СССР детонационные наноалмазы были впервые получены в 1962 году К.В. Волковым, В.В. Даниленко, В.И. Елиным в ВНИИТФ (г. Снежинск) по аналогичному принципу. Сопоставление фазовой диаграммы углерода и параметров детонации (рис. 6) привело к предположению о возможности образования наноалмазов в ходе конденсации продуктов детонации. Образование наноалмаза из продуктов взрыва взрывчатого вещества (ВВ) с отрицательным кислородным балансом было подтверждено в эксперименте без использования графита в 1963 году. [50] В г. Дзержинск производятся наноалмазы марки RUDDM предприятием ООО «Реал-Дзержинск». [51]

В 1984 году было организовано первое опытное производство ДНА в НПО «Алтай» под руководством академика Г.В. Саковича, было обнаружено, что добавки наноалмазов оказывают сильное структурирующее действие на материалы. На данный момент АО ФНПЦ «Алтай» производит наноалмазы марки УДА различных модификаций и содержащую их продукцию. [52]

В конце 1980-х годов в СТКБ «Технолог» (Санкт-Петербург) была разработана технология очистки ДНА азотной кислотой под давлением и сконструирована установка непрерывного действия. СТКБ «Технолог» производит наноалмазы марки DND различных модификаций. [53]

В 1992 году в Минске организовано предприятие НП ЗАО «Синта», производящее наноалмазы марок УДА и АШ различных модификаций и содержащие их материалы. [54]

Подробные исследования свойств и возможности применения ДНА проводились в ВНИИТФ (Снежинск), НПО «Синта» (Минск), ЗАО «Алмазный

центр» (Санкт-Петербург), ИСМ и ИПМ (Киев), «Алит» (Житомир). Разработана неормативно-техническая документация - ТУ России (ВНИИТФ, 1994 г.) и ТУ Украины (ИСМ, 2001 г.). [50]

1.3.1. Физико-химические основы получения ДНА

На рисунке 5 отображены: профиль давления в детонационной волне: А -ударное сжатие взрывчатого вещества (ВВ) (химический пик), АВ - реакция разложения молекул ВВ с образованием продуктов детонации и конденсацией свободного углерода (при отрицательном кислородном балансе ВВ) в форме ДНА при давлениях более 20 ГПа, В - окончание реакции (точка Жуге), ^ - время реакции. На диаграмме отмечено положение точек А и В для сплава тротил/гексоген ТГ36. М^ и М2 - возможные положения линии плавления углерода. Указана плотность р (г/см )[50]

1000 2000 3000 4000 5000

т, к

Рисунок 5. Фазовая диаграмма углерода и параметры детонации[50].

Согласно современным представлениям, образование ДНА протекает в несколько стадий. На первой стадии ВВ с отрицательным кислородным балансом в условиях высоких давлений и температур превращается в продукты детонации, что приводит к образованию свободного углерода. Наиболее подходящими ВВ для синтеза ДНА являются тротил, гексоген, октоген и их смеси. Давление и

40

А

тт

\Гексоген р = 1.8 ' \ ' ■ * / " \ тгзб р = 1.71/

температура в детонационной волне обеспечивают такие условия, что образуется алмазная фаза, и переход алмаза в графит затруднен. Для смеси тротил/гексоген 50/50 давление составляет 22 ГПа, температура - 3200^

На второй стадии продукты детонации быстро расширяются, происходит конденсация углеродных фрагментов с образованием устойчивой при данных условиях фазы углерода - алмаза. Время образования алмазной фазы составляет несколько десятых микросекунд, что соответствует ширине зоны химической реакции в сплавах тротиг-гексоген. Образовавшиеся алмазные частицы охлаждаются до температуры ниже температуры графитизации. Алмазы образуются в зоне химических превращений до плоскости Чепмена-Жуге в условиях высоких скоростей изменения давления и температуры.

На третьей стадии происходит интенсивный массо- и теплообмен между продуктами детонации и окружающей средой. На протекание данной стадии значительно влияют количество, химическая активность и теплоемкость окружающей среды. В зависимости от типа газообразной среды, окружающей заряд ВВ, выход наноалмазов растет в ряду: вакуум-водород-аргон-азот-углекислый газ. Показано применение воды или пен на водной основе в качестве среды-охладителя. [55]

После кристаллизации, частицы ДНА продолжают перемещение с газообразными продуктами детонации в высокотурблентном режиме, сталкиваясь друг с другом и со стенками камеры и образуя плотные агломераты первичных частиц. [26]

1.3.2. Технология получения ДНА

Производство ДНА включает в себя несколько основных стадий: синтез, химическую очистку ДНА от примесей и отмывку от кислоты, кондиционирование продукта, модифицирование поверхности наноалмазов.

Детонационный синтез проводится во взрывных камерах объемом 1-20 м3, изготовленных из низко- и высоколегированных сталей. Оптимальными являются низколегированные стали, плакированные внутри коррозионно- и ударостойким сплавом. Подрываемый заряд обычно имеет массу 0,5-2 кг и изготавливается литьем или прессованием из смеси ВВ. Количество примесей в продукте в

значительной степени определяется составом материала стенок взрывной камеры и соотношением между объемами камеры и заряда.

Применение пены или воды повышает теплоемкость среды, окружающей реакционную зону, соответственно происходит более интенсивное охлаждение продуктов детонации и уменьшение доли перехода алмаза в графит, при этом также существенно изменяются свойства поверхности получаемых наноалмазов, по сравнению с проведением реакции в газовой среде.

В результате детонационного синтеза получается конденсированный углерод - сложная физико-химическая система, состоящая из углерода в форме алмаза и различных графитоподобных структур. Размеры первичных кристаллов наноалмазов составляют обычно порядка нескольких нанометров и заключены в агрегаты более крупных частиц и структур. Конденсированный углерод можно охарактеризовать как кластерный материал со сложной иерархией алмазных и неалмазных форм углерода, со специфическими формами релаксации энергонасыщенных поверхностей. Избыточная поверхностная энергия компенсируется за счет молекулярных фрагментов, содержащих гетероатомы (Ы, Н, О), которые связаны химическими связями. Абсорбционные или сольватные оболочки компенсируют также избыточную поверхностную энергию.

Химическая очистка наноалмазов от других форм конденсированного углерода считается наиболее дорогостоящей и сложной стадией получения ДНА. Для эффективного протекания процесса реакционные суспензии шихты в окислительных смесях должны быть однородны, маловязки, коллоидно стабильны и высокодисперсны для уменьшения диффузионного сопротивления и свободного доступа окислителя к частицам твердой фазы. Наиболее эффективны окислительные системы на основе азотной кислоты, они помогают окислить до 99% неалмазного углерода и удалить до 90% неуглеродных примесей, при этом продукты окисления газообразны[55], однако, в ДНА могут сохраняться некоторые примеси[56-58]. При химической обработке почти не затрагивается структура алмазного ядра, однако, значительно изменяется внешний слой частиц наноалмазов. Детонационная шихта загружается в автоклав и выдерживается с 5090% азотной кислотой до 80-180°С, при этом в раствор переходит большая часть неуглеродных примесей, а большая часть неалмазного углерода переходит в

газообразное состояние. Для более полного удаления примесей первично обработанная шихта выдерживается с 10-40% азотной кислотой при 220-280°C. Варьируя условия жидкого окисления детонационной шихты возможно получать наноалмазы с различными функциональными группами на поверхности.

Приведенная технология применяется при промышленном производстве наноалмазов, экономически эффективна и масштабируема. [55]

1.4. Функциональные группы на поверхности наноалмаза Детонационные наноалмазы обладают целым набором функциональных групп, большая часть которых образуется из sp2-гибридизованных атомов углерода после очистки детонационной шихты окислением[42,59]. Разнообразие функциональных групп мешает прямому модифицированию поверхности наноалмаза, например, биологически активными веществами, таким образом, актуально стремиться к гомогенности функциональных групп. [26]

Поверхностные энергии граней (001), (011) и (111) сильно различаются, при этом даже возможна реконструкция поверхностей (111) и (001). В отличие от поверхности, аналогичной макроалмазу, для различных граней предпочтительны различные функциональные группы.[27,60,61]

Хемосорбция различных атомов или молекул на поверхности наноалмаза снижает поверхностную энергию. Общая тенденция для энергии адсорбции различных функциональных групп такова: S<Cl<OH<H<F<Oкетон<Oэфир. Атомы хлора не способны покрывать поверхность частицы полностью, из-за их относительно больших размеров. Атомы серы при полном покрытии связываются с гранями (111) намного слабее, чем с (100). Связи C-O более предпочтительны, чем C-O-H. Атомы фтора и кислорода связываются с поверхностью наноалмаза очень прочно, при этом кислород может быть адсорбирован двумя способами: в виде эфирной группы (мостиковый) посредством ковалентной связи с двумя соседними атомами углерода или в виде кетогруппы (терминальный). Мостиковое положение кислорода на грани (100) является наиболее термодинамически стабильным при высокой степени покрытия кислородом поверхности, однако, из-за кинетических затруднений, полное покрытие поверхности эфирными группами почти невозможно - приходится преодолевать высокий энергетический барьер реконструкции поверхности.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Синолиц Артём Вадимович, 2022 год

// // // А

1.2

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 С, Г/Л

Рисунок 52. Зависимость поверхностной концентрации хитозана (50 кДа) от его равновесной концентрации в растворе над наноалмазом.

Для сравнения адсорбции хитозана на разных наноалмазах использовали модель, аналогичную модели Ленгмюра (уравнение. 4), параметры приведены в таблице 13. Было показано, что максимальная адсорбция на наноалмазах c положительным значением электрокинетического потенциала близка к 20 мг/г.

Таблица 13. Значения параметров Гтах, Кь и коэффициентов корреляции (г) уравнения 4 при адсорбции хитозана на наноалмазах с различным составом поверхности.____

Наноалмаз Гтах, мкмоль/г Кь, л/ммоль г

АШпсИ 25 9,4 0,870

Р^таСИет 14 1,1 0,887

Р^таСИет (208 кДа) 400 0,2 0,962

Адата8№по 27 1,7 0,965

АШпсИ-02 125 3,7 0,905

Адата8№по-02 95 4,9 0,954

Адсорбция хитозана на положительных наноалмазах повышала электрокинетический потенциал до +40±8 мВ, откуда можно сделать вывод о стабилизации водных суспензий ДНА-хитозан. Суспензии отожженных наноалмазов, модифицированных хитозаном, напротив, теряли стабильность из-за нейтрализации заряда: при максимальном покрытии электрокинетический потенциал был около +5 мВ.

Итак, было обнаружено, что адсорбция хитозана на наночастицах с положительным электрокинетическим потенциалом повышает их устойчивость в растворе, что может быть использовано в различных применениях. Можно предположить, что молекулы хитозана покрывают водные агрегаты наноалмазов тонким слоем, а внутрь агрегатов хитозан скорее всего не проникает, что связано с высокой молекулярной массой полимера и его поликатионной природой. Если принять, что однородное монослойное покрытие хитозаном возникает при адсорбции 1 мг/м2, то экспериментально найденная адсорбция 20 м2/г соответствует среднему диаметру агрегатов 100 нм при плотности вещества 3 г/см в этих агрегатах. Отметим, этот размер хорошо согласуется с данными динамического светорассеяния.

В случае наноалмазов с отрицательным электрокинетическим потенциалом наблюдалась полислойная адсорбция хитозана с компенсацией заряда и потерей устойчивости наночастиц в водном растворе. Поэтому такая модификация не позволяет работать с водными суспензиями, однако может применяться для нанесения наноалмазов на другие материалы и полимерные матрицы.

Способность покрытий наноалмазов хитозаном сохраняться в воде, а также в присутствии противоионов: PBS, 0,01 н HCl и в растворе сывороточного альбумина (40 г/л) в PBS исследовали при 37°С. Время десорбции составляло 3 сут, и значимой разницы в количестве хитозана, переходящего в раствор в этом интервале времени, не обнаружили. Результаты приведены в таблице 14.

Таблица 14. Доля хитозана (%) оставшаяся на наноалмазе после действия

десорбирующего агента.

Десорбирующий раствор Наноалмаз

Aldrich Adamas Nano Plasma Chem Adamas Nano-02 Aldrich-О2

вода 73% 73% 60% 82% 76%

PBS 40% 35% 38% 52% 48%

Сывороточный альбумин в PBS 17% 19% 26% 23% 15%

0,01 н HCl 34% 38% 33% 51% 44%

Очень большого различия в сохранении хитозана на поверхности для различных типов наноалмазов не было обнаружено. Это выглядит достаточно неожиданно, учитывая большое различие в способности сорбировать хитозан наноалмазами с разным электрокинетическим потенциалом. Наибольшее удержание хитозана наблюдалось для Adamas Nano-02 во всех средах, кроме сывороточного альбумина в PBS. Впрочем, раствор сывороточного альбумина в PBS эффективно способствовал десорбции хитозана со всех типов наноалмазов, и его остаточное содержание было от 15 до 26%. Выдерживание в воде при 370С в течение 3 сут удаляло в среднем 27% сорбированного хитозана. Повышение ионной силы и подкисление раствора оказывало сходный эффект - остаточное содержание хитозана снижалось, причем для окисленных наноалмазов процент остаточного содержания хитозана был больше (44-52%), тогда как на исходных наноалмазах оставалось 33-40% хитозана. Увеличение десорбции при повышении ионной силы и увеличении рН позволяют предположить, что электростатические взаимодействия вносят большой вклад и определяют механизм связывания

хитозана с наноалмазами всех типов. Так как на окисленных наноалмазах концентрация кислотных групп выше, то и адсорбированный поликатион прочнее удерживается на поверхности.

7.2. Получение адсорбционных комплексов наноалмаз-гиалуроновая

кислота

Образование адсорбционных комплексов наноалмазов с гиалуроновой кислотой исследовали для наноалмазов производства PlasmaChem. В работе использовали ДНА(PlasmaChem) и ДНА(PlasmaChem)-SDND. Исследовали влияние молекулярной массы ГК на ее способность образовывать адсорбционные комплексы с наноалмазом. Использовали ГК в форме натриевой соли, которая хорошо растворяется в воде. Изменение концентрации ГК в растворе при образовании адсорбционного комплекса с ДНА, обладающим в водной суспензии положительным электрокинетическим потенциалом, было достаточно большим, и удалось определить значение равновесной адсорбции ГК на поверхности

и и и 1—'Т /» ГЛ

наноалмаза по разности начальной и равновесной концентраций ГК. Затем осадок декантировали, промывали водой и измеряли значения электрокинетического потенциала в водной суспензии. После этого измеряли непосредственно радиоактивность наноалмаза, суспензировав его в жидком сцинтилляторе UltimaGold (PerkmElmer). Таким образом, определяли количество ГК, прочно связанного с поверхностью наноалмаза. На рисунке 53 показаны зависимости равновесного и необратимо связанного количества ГК на поверхности наноалмаза от равновесной концентрации ГК в растворе.

Пунктирными линиями показана аппроксимация графиков линейным уравнением для SDND и уравнением, аналогичным уравнению Ленгмюра для ДНА. Для наноалмаза ДНА-SDND изменение концентрации ГК в растворе при ее адсорбции на поверхности наноалмаза было незначительным, потому достоверно определить значение равновесной поверхностной концентрации ГК было невозможным. Таким образом, для ДНА-SDND определили только необратимо связанное количество ГК на поверхности. Параметры уравнений и коэффициент корреляции показаны в таблице 15.

(а)

Г, мг/г 800

700

600

500

400

300

200

100

0

0100 кДа(равн) 0100 кДа(необрат) Д350 кДа(равн) Д350 кДа(необрат)

А у:

¿-У

;;0

Л

о

(б)

Г, мг/г

40 г 1

35 -

30 -

25 -

20 -

15 -

10 -

5 -

0 £

0100 кДа(необрат) Д350 кДа(необрат)

I

О

Д

¿л _|_

0.0

0.1

0.2 с, г/л

0.3

0.4

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 с, г/л

1.2

Рисунок 53. Зависимость адсорбции (равновесной и необратимой) гиалуроновой кислоты на наноалмазах от равновесной концентрации гиалуроновой кислоты. Наноалмазы (а) ДНА(Р1а8таСИет), (б) ДНА-SDND. В легенде приведена средняя

молекулярная масса ГК.

Таблица 15. Параметры уравнений адсорбции: максимальная адсорбция (Гмакс), константа адсорбционного равновесия в уравнении (К£), константа линейного

Гиалуроновая Наноалмазы ДНА Наноалмазы

кислота Гмакс, мг/г КЬ, л/г г Кн, л/г г

100 кДа 1560* 1,3* 550 2,3 0,993 0,984 33,0 0,997

350 кДа 1950* 1,7* 1060 2,5 0,996 0,996 5,7 0,999

(*) Параметры для равновесной адсорбции

Как следует из рисунка 53, адсорбция полианиона ГК на положительно заряженных частицах наноалмаза значительно больше, чем на отрицательно заряженных, что указывает на вклад кулоновских взаимодействий. Сопоставление с аналогичным эффектом для хитозана при его адсорбции на противоположно заряженной поверхности показывает, что связывание ГК происходит в большем

количестве (в 3-5 раз), чем хитозана при одинаковой равновесной концентрации раствора (в диапазоне 0,2-0,3 мг/мл).

Адсорбция ГК на поверхности наночастиц с отрицательным зарядом значительно ниже и наблюдается линейный рост адсорбции с увеличением концентрации полимера в растворе вплоть до концентрации 1 мг/мл. Максимальное количество связанной наночастицами ГК (в единицах мг/г) находится в том же диапазоне, что и данные по адсорбции хитозана на наночастицах с положительным электрокинетическим потенциалом, однако для хитозана зависимость нелинейная, и в диапазоне 0,5- 1 мг/мл адсорбция хитозана практически не зависит от концентрации раствора.

Линейная зависимость адсорбции от объемной концентрации наблюдалась у гуминовых кислот на отрицательных наноалмазах [254]. Факт образования адсорбционного комплекса гуминовых кислот с отрицательно заряженными наноалмазами был подтвержден методом ИК-спектроскопии. В образование комплексов между гуминовыми веществами и наноалмазами наряду с электростатическими, вероятно, вносят вклад и гидрофобные взаимодействия. Однако, у гиалуроновой кислоты отсутствуют гидрофобные группы, и такой механизм маловероятен.

Наблюдается эффект влияния средней молекулярной массы ГК ^^ на адсорбцию на наночастицах с разным зарядом поверхности. На положительно заряженной поверхности адсорбция ГК (350 кДа) выше в единицах (мг/г), но Гмакс отличаются только в 2 раза, то есть не пропорциональна Mw. Аномально низкой оказалась адсорбция ГК (350 кДа) на ДНА (SDND) по сравнению с ГК (100 кДа) -константа в уравнении Генри для ГК (350 кДа) в 6 раз меньше.

Для исходных и модифицированных гиалуроновой кислотой наноалмазов определили размер агрегатов с помощью динамического светорассеяния (рисунок 54) и электрокинетический потенциал (рисунок 55). В отличие от работы [170], использование меченной тритием ГК позволило сопоставить изменение электрокинетического потенциала наночастиц с содержанием в них гиалуроновой кислоты.

(а)

ы,%

35 30 25 20 15 10 5 0

(в)

Ы,% 50

40

30

20

10

0 1

-0 -6,6 мг/г -40 мг/г (б)

66 мг/г -117 мг/г-263 мг/г Ы,%

25

20 15 10 5 0

1

100 Ь, нм

■0

80 мг/г

20 мг/г 200 мг/г

10000

55 мг/г 450 мг/г

100 Ь, нм

10000

1

(г)

ы,%

30 25 20 15 10 5 0

1

0

5 мг/г

100 Ь, нм

0

1 мг/г

100 Ь, нм

0,8 мг/г 10 мг/г

10000

0,1 мг/г 6 мг/г

10000

Рисунок 54. Распределение по размерам частиц наноалмаз-ГК в водной суспензии: (а) ДНА(PlasmaChem)-ГК (100 кДа), (б) ДНА^^)-ГК (100 кДа), (в) ДНА(plasmaChem)-ГК (350 кДа), (г) ДНА^^)-ГК (350 кДа).

(а)

(б)

Ой

30

20

0100 кДа Л 350 кДа

0100 кДа Д350 кДа

с; го

I 10

СИ I-

о с

к- 0

-10

-20

-30

4

0 -10

^0

_1_

_1_

Г^мг/г

Ой

с; сс

-20

0 100 200 300 400 500 ^-30

си

I-

о

= -40

4

Ф 4

-50 -60

Рисунок 55. Зависимость электрокинетического потенциала наночастиц алмаза, модифицированных ГК, от поверхностной концентрации ГК. (а) ДНАСР^шаСИеш), (б) ДНА^^таСЬетуЗБКБ.

Средний размер агрегатов ДНА (Р^таСИет) уменьшается с 100 до

60-70 нм при адсорбции на них ГК. Электрокинетический потенциал остается отрицательным на уровне -40 мВ и мало зависит от количества ГК на поверхности.

Размер агрегатов ДНА(PlasmaChem) увеличивается от 40 до 140 нм при адсорбции на них ГК (100 кДа) и до 300 нм при адсорбции ГК (350 кДа) после изменения знака ^-потенциала. В изоэлектрической точке наночастицы теряют устойчивость в растворе и образуют крупные агрегаты размером более 1 мкм. Изоэлектрическая точка достигается при адсорбции 45 мг/г ГК (100 кДа), и 85 мг/г для ГК (350 кДа). При более высоком содержании ГК ^-потенциал частиц в воде становится отрицательным. Для ГК (350 кДа) изменение потенциала происходит при более высокой величине адсорбции.

Обнаруженные различия в адсорбции гиалуроновой кислоты связаны с особенностями ее строения в водных растворах и свойствами поверхности исследованных наноалмазов. Согласно данным потенциометрического титрования, на поверхности наночастиц мало карбоксильных групп, но присутствуют

ангидридные группы. Безусловно, на поверхности могут присутствовать и

132

положительно заряженные группы (рис. 33). Можно предположить, что основным механизмом, по которому происходит взаимодействие ГК с поверхностью наноалмаза, является электростатическое притяжение положительных групп на поверхности наноалмаза (в том числе и и карбоксильных групп

гиалуроновой кислоты, а также возможно образование водородных связей.

Гиалуроновая кислота является слабым полиэлектролитом, и ее цепи способны существенно разворачиваться в разбавленных растворах [151]. Таким образом, можно предположить, что в отличие от хитозана гиалуроновая кислота связывается не только с поверхностью агрегатов наноалмазов, но проникает внутрь. В случае наноалмазов с изначально отрицательным электрокинетическим потенциалом введение в состав агрегатов полианиона может ослабить взаимодействие наноалмазных частиц, что приведет к уменьшению их числа в агрегате, и агрегаты будут уменьшаться в размере. Вероятно, проникновение молекул ГК (100 кДа) внутрь агрегатов наноалмазов происходит легче, поэтому адсорбция выше, чем ГК (350 кДа).

В случае наноалмазов с положительным электрокинетическим потенциалом при адсорбции ГК его величина будет уменьшаться, что приводит к их более сильной агрегации. После перезарядки поверхности повышается седиментационная устойчивость, однако размер агрегатов модифицированных гиалуроновой кислотой наноалмазов может оставаться больше немодифицированных.

На рисунке 56 показана схема образования адсорбционного комплекса гиалуроновой кислоты с наноалмазами разного типа.

(а)

С-Р- и

(б)

р

С-Р- *

О- %'н с-О-

-е О=С . 1 п О^ О-и-Р

мн3+

н, ,н

о

НРн ^О^ Р о... О-

Н Р ^ Со- *

Н Н

о*

Р^ я

О Н°н

с-о-

Рисунок 56. Схема образования комплексов между наноалмазами и ГК. (а) изначально положительный наноалмаз, (б) изначально отрицательный наноалмаз.

В гидрозолях наноалмазы, как положительные, так и отрицательные, образуют длинноцепочечные структуры и сети [255], которые могут перестраиваться за счет взаимодействия молекул полимера с поверхностными группами наноалмаза посредством любого возможного механизма. Также гибкий полимер может обвиваться вокруг наноалмазных агрегатов, причем по-разному для отрицательно и положительно заряженных [69,256]. Масса алмазных наночастиц

3 5 5

плотностью 3,3 г/см составляет от 1,0-10 до 3,5 10 Да, если их представить в форме сферы диаметром от 4,6 до 7 нм, то есть сопоставима с молекулярной массой ГК. Так как средний размер частиц наноалмаза около 6 нм (рис. 29 б), то в дальнейших оценках используем среднюю массу наноалмазной частицы 220 кДа.

В эксперименте была получена адсорбция 0,25 г/г ГК (100 кДа) на изначально положительно заряженном наноалмазе, что означает связывание одной молекулы ГК с 1-2 наноалмазными частицами. Для ГК (350 кДа) найденная в эксперименте адсорбция составляет 0,45 г/г, на одну молекулу полимера приходится 3-4 наноалмазные частицы.

ГК занимает пространство между кластерами изначально отрицательных наноалмазов (рисунок 56б), что приводит к их деагломерации и уменьшению диаметра частиц почти в 1,5 раза. Из данных по адсорбции следует, что на одну молекулу ГК (100 кДа) приходится до 15 наноалмазных частиц, а для ГК (350 кДа)

н

н

- 320 частиц. В агрегате размером 70 нм присутствует примерно 1500 частиц наноалмаза, что означает связывание с агрегатом до 100 молекул ГК (100 кДа) и только 5 молекул ГК (350 кДа). Но даже такое количество полианиона в составе наночастиц оказывает сильное стабилизирующее действие на их водные суспензии.

ГЛАВА 8. ПОЛУЧЕНИЕ АДСОРБЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ НАНОАЛМАЗ-МИРАМИСТИН-ПОЛИСАХАРИД

Полисахариды рассматриваются в данной работе, как потенциальные инкапсулирующие агенты для комплексов наноалмаз-лекарство. Поэтому помимо исследования возможности образования адсорбционных комплексов с наноалмазами разного типа, проведено изучение адсорбции хитозана [252] 6. и ГК на наноалмазах, модифицированных мирамистином.

8.1. Получение комплексов наноалмаз-мирамистин-хитозан

Зависимость поверхностной концентрации хитозана от его концентрации в растворе на наноалмазах, на которых адсорбирован мирамистин, показана на рисунке 57. Были использованы наноалмазы производства Aldrich и AdamasNano как в исходном виде, так и подвергнутые отжигу на воздухе.

(a)

Г, мг/г 100

80

60

40

20

0

АДНА^Юп^) ^HA(Aldrich)-O2 АДНА^Мп^-мирамистин C^HA(Aldnch)-O2-MMpaMMCTMH

(б) AДНА(AdamasNano)

^HA(AdamasNano)-O2 Г, мг/г ДДНА(AdamasNano)-мирамистин

OДНА(AdamasNano)-O2-мирамистин

К

I

80 70 60 50 40 30 20 10 0

/

И I

ч

ьЖ_I_

1

i-i

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 с, г/л

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

^ г/л

Рисунок 57. Зависимость поверхностной концентрации хитозана на наноалмазах (Aldrich) и (AdamasNano) (б) от концентрации в растворе ▲ -наноалмаз без дополнительной модификации, •- наноалмаз, отожженный на воздухе, белые символы - наноалмаз с адсорбированным мирамистином.

При подготовке данного раздела диссертации использованы следующие публикации, выполненные автором лично или в соавторстве, в которых, согласно Положению о присуждении ученых степеней в МГУ, отражены основные результаты, положения и выводы исследования: Sinolits A.V., Chernysheva M.G., Matveeva O.D., Popov A.G., Badun G.A. Chitosan adsorption on nanodiamonds: stability and mechanism // Fullerenes Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2020. V. 28. № 4. P. 299-303 (Импакт-фактор: 1,648) (50%)

Оказалось, что для случаев изначально положительных наноалмазов, адсорбция мирамистина на которых приводит к стабилизации их в водной суспензии, адсорбция хитозана на не модифицированных и модифицированных мирамистином образцах была практически одинаковой. Поскольку после адсорбции мирамистина на поверхности наноалмаза остаются свободные карбоксильные группы, что подтверждают результаты ИК-спектроскопии [24], то хитозан может адсорбироваться на поверхности модифицированных мирамистином наноалмазов за счет электростатического взаимодействия с карбоксильными группами или образования связей через молекулы адсорбированной воды.

В том же случае, если поверхность наноалмаза изначально несет отрицательный заряд, адсорбция хитозана на наноалмазе, предварительно модифицированном мирамистином, снижается, таким образом подчеркивая, что взаимодействие и того, и другого сорбата в данном случае происходит на одинаковых адсорбционных центрах.

8.2. Получение комплексов наноалмаз-мирамистин-гиалуроновая кислота

Эксперименты проводили с наноалмазами Р^таСИет и Р^таСИет-Использовали препарат гиалуроновой кислоты со средней молекулярной массой 200 кДа. На рисунке 58 показана зависимость поверхностной концентрации гиалуроновой кислоты на наноалмазах без дополнительного модифицирования, а также на комплексах наноалмаз-мирамистин. Отметим, что концентрация мирамистина в композите была такова, что оба образца обладали одинаковым положительным электрокинетическим потенциалом в водной суспензии.

Г, мг/г

250 г

200 150 100 50 0

01 02 ДЗ Д4

¥

Л

\

-0

-Д-1

0.0 0.1 0.2 0.З 0.4 0.5 0.6 С, г/л

Рисунок 58. Зависимость поверхностной концентрации гиалуроновой кислоты на наноалмазе от ее равновесной концентрации в растворе: 1 - ДНА(Р1а8таСИет), 2 -адсорбционный комплекс ДНА(Р1а8таСИет)-мирамистин, 3 - 4 -

мирамистин.

Как и в случае с хитозаном, для наноалмазов, несущих положительный заряд, модифицирование мирамистином не привело к изменениям в адсорбции гиалуроновой кислоты. Таким образом, стабилизация положительного наноалмаза мирамистином в водной суспензии не приводит к увеличению количества центров связывания ГК - полианион на поверхности наноалмаза, что подтверждает предложенный механизм образования адсорбционного комплекса между катионными ПАВ и наноалмазами, обладающими положительным электрокинетическим потенциалом.

Модификация мирамистином - наноалмаза, обладающего в водной

суспензии отрицательным электрокинетическим потенциалом, привела к тому, что адсорбция ГК на композите стала в 18 раз выше, чем на исходном наноалмазе. Для выявления влияния количества мирамистина в комплексе на покрытие поверхности наноалмаза ГК использовали адсорбционные комплексы мирамистин- в

которых концентрация мирамистина на поверхности варьировалась от 0,2 до 175 мкмоль/г, а ^-потенциал - от -40 до +30 мВ. Эксперимент проводили при

3 у

концентрации [ Н]гиалуроновой кислоты (0,16 г/л). На рисунке 59 показана зависимость поверхностной концентрации гиалуроновой кислоты в зависимости от ^-потенциала образцов 8БКБ-мирамистин.

it

Г, мг/г 35

30

25

20

15

10

5

J-Q-

_|_I_I_I

-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Z-потенциал, мВ

Рисунок 59. Зависимость поверхностной концентрации гиалуроновой кислоты от электрокинетического потенциала модифицированной поверхности.

Низкие величины адсорбции ГК при отрицательных значениях Z-потенциала обусловлены электростатическим отталкиванием между полиэлектролитом и поверхностью ДНА. Образование данных комплексов может протекать с участием связанных молекул воды. Оказалось, что поверхностная концентрация гиалуроновой кислоты выше на наноалмазах, электрокинетический потенциал которых близок к нейтральному. Объяснить полученную зависимость можно на основании того, что гиалуроновая кислота - слабый полиэлектролит (полианион) -в отсутствии солей (работа проводилась в водных растворах), на нейтральной и отрицательно заряженной поверхности будет принимать более вытянутые конформации за счет отталкивания от поверхности и от звеньев цепи; в то же время на положительно заряженной поверхности будет адсорбироваться в плоской конформации, за счет электростатического притяжения [257]. Таким образом, в работе найдены условия получения адсорбционных комплексов наноалмаз-мирамистин-гиалуроновая кислота с наибольшим содержанием полимера.

Устойчивость ГК в составе комплексов с наноалмазами и их композитами с мирамистином исследовали в солевом фосфатном буферном солевом растворе (PBS) и в растворе сывороточного альбумина в PBS с концентрацией белка 40 г/л. Процент десорбции [ H]rK рассчитывали как

Г2

Б (%) = (1 - -р) х 100% (6)

где Г; и Г2 - значения поверхностной концентрации ГК до и после действия десорбирующего агента соответственно. Значения D приведены в таблице 16.

Таблица 16. Десорбция ГК из адсорбционных комплексов с наноалмазами

Наноалмазсодержащие частицы

PBS

D г/о)

40 г/л сывороточный альбумин в PBS

ДНА SDND ДНА-мирамистин SDND-мирамистин

69 41 67 86

88

67 87 96

Было обнаружено, что десорбция в сывороточном альбумине выше, чем в PBS. Десорбция ГК в сывороточном альбумине и в PBS достаточно велика и практически одинакова для SDND с мирамистином, что может быть связано с тем, что ГК менее прочно закрепляется на поверхности SDND, модифицированной мирамистином. Предварительная адсорбция мирамистина практически не влияет на десорбцию из комплекса с наноалмазом, обладающим положительным электрокинетическим потенциалом.

Благодаря применению [3Н]ГК возможно определять количественный состав многослойных адсорбционных комплексов ДНА с лекарственным веществом и ГК, что не было приведено в работах [175,176], в которых использовали комплекс с неизвестным содержанием гиалуроновой кислоты, которая могла вытеснить лекарственное вещество из комплекса с углеродным наноматериалом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, поставленная цель работы достигнута. Получены следующие основные результаты.

Впервые получена меченная тритием гиалуроновая кислота с помощью метода термической активации трития. Обнаружено, что в значительной степени на удельную радиоактивность меченой гиалуроновой кислоты влияют следующие факторы: предварительный диализ, максимальное удаление воды из препарата перед введением трития, выбор времени реакции и температуры атомизатора. В результате удалось получить препарат с удельной радиоактивностью 52 ГБк/г. Для выполнения поставленной цели также были получены меченные тритием бромиды алкилтриметиламмония, мирамистин, амикацин, хитозан.

Использование меченных тритием соединений позволило определить количество сорбата, непосредственно связанного с поверхностью наноматериала. Для таких веществ как бромиды алкилтриметиламмония, хитозан и гиалуроновая кислота это сделано впервые.

Адсорбция катионных ПАВ на наноалмазах с положительно заряженной поверхностью приводит к стабилизации их водной суспензии, что может быть использовано при нанесении алмазосодержащих пленок на различные материалы, в том числе медицинского назначения (патент RU 2711544 С1).

Проведенная работа показала, что, помимо ключевой роли электростатических взаимодействий при образовании адсорбционных комплексов, существенный вклад вносят водородные связи с участием молекул воды на поверхности наноалмазов. На поверхности наноалмаза адсорбция мирамистина и хитозана происходит за счет одних и тех же центров связывания, предположительно, карбоксильных групп.

Впервые получены адсорбционные комплексы состава наноалмаз-лекарственное вещество-полисахарид, где в качестве лекарственного вещества использован мирамистин, а в качестве полисахарида - хитозан или гиалуроновая кислота. Использование при этом меченных тритием соединений позволило определить состав образующихся комплексов и подобрать состав с наибольшим содержанием гиалуроновой кислоты.

ВЫВОДЫ

1. С помощью метода термической активации трития получена меченая гиалуроновая кислота с удельной радиоактивностью до 52 ГБк/г без изменения молекулярно-массового распределения. Определены факторы, повышающие удельную радиоактивность гиалуроновой кислоты, а именно: предварительный диализ, максимальное удаление воды из препарата перед введением трития, выбор времени реакции и температуры атомизатора.

2. С помощью меченных тритием соединений определен состав адсорбционных комплексов наноалмазов с бромидами алкилтриметиламмония, мирамистином, хитозаном и гиалуроновой кислотой. Найдены зависимости количества сорбата, прочно связанного с поверхностью наноалмаза, от концентрации вещества в растворе. Обнаружено, что адсорбция исследованных веществ на поверхности наноалмазов с одинаковым зарядом поверхности происходит в значительно меньшем количестве, чем при разном заряде адсорбата и наноалмаза, однако такая модификация приводит к стабилизации наночастиц в растворе. Определена прочность удерживания адсорбированных веществ на поверхности наноалмазов при длительном (несколько суток) контакте с десорбирующими растворами.

3. Совокупность данных, полученных с применением метода радиоактивных индикаторов, по адсорбции и прочности удерживания низкомолекулярных веществ и полиэлектролитов на наноалмазах с разным зарядом поверхности позволила выявить существенный вклад в образование адсорбционных комплексов водородных связей с участием молекул воды на поверхности наноалмазов помимо электростатических взаимодействий. С увеличением углеводородного фрагмента бромидов алкилтриметиламмония усиливается влияние содержания адсорбированного катионного ПАВ на электрокинетический потенциал комплексов с наноалмазами.

4. Впервые получены и описаны с помощью метода радиоактивных индикаторов тройные адсорбционные комплексы состава наноалмаз-мирамистин-хитозан и наноалмаз-мирамистин-гиалуроновая кислота. Показано, что модифицирование положительно заряженных наноалмазов мирамистином не влияет на адсорбцию полисахаридов, в то время для отрицательно заряженных

наноалмазов такая модификация увеличивает адсорбцию гиалуроновой кислоты, но снижает адсорбцию хитозана.

5. Показано, что можно регулировать количество полисахарида в комплексе наноалмаз-мирамистин-гиалуроновая кислота посредством изменения электрокинетического потенциала комплекса наноалмаз-мирамистин. Наибольшее содержание полисахарида достигается для комплексов, электрокинетический потенциал которых в водной суспензии близок к нулевому.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ДНА - детонационный наноалмаз БСА - бычий сывороточный альбумин ГК - гиалуроновая кислота

ПЭМ - просвечивающая электронная микроскопия

HPHT - high pressure high temperature - «процесс при высоком давлении и высокой температуре»

CVD - chemical vapour deposition - химическое осаждение из газовой фазы

ВВ - взрывчатое вещество

IEP - isoelectric point - изоэлектрическая точка

ТГА - термогравиметрический анализ

CMCS - carboxymethylchitosan - карбоксиметилхитозан

УНТ - углеродные нанотрубки

МУНТ - многостенные углеродные нанотрубки

НМХ - низкомолекулярный хитозан

РФА - рентгенофазовый анализ

РФЭС - рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

СЭМ - сканирующая электронная микроскопия

PBS - phosphate buffer saline - фосфатный буферный солевой раствор

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография

МС - масс-спектрометрия

Метод БЭТ - метод Брунауэра, Эммета и Теллера Метод BJH - метод Barrett-Joyner-Halenda

АЭС-ИСП - атомно-эмиссионная спектроскопия с индуктивно связанной плазмой

ГПХ - гель-проникающая хроматография

КПАВ - катионное поверхностно-активное вещество

ККМ - критическая концентрация мицеллообразования

XAS - x-ray absorption spectrometry - рентгеновская абсорбционная спектроскопия

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Kumar S., Nehra M., Kedia D., Dilbaghi N., Tankeshwar K., Kim K.H. Nanodiamonds: Emerging face of future nanotechnology // Carbon N. Y. Elsevier B.V., 2019. Vol. 143. P. 678-699.

2. Mochalin V.N., Neitzel I., Etzold B.J.M., Peterson A., Palmese G., Gogotsi Y. Covalent incorporation of aminated nanodiamond into an epoxy polymer network // ACS Nano. 2011. Vol. 5, № 9. P. 7494-7502.

3. Chemysheva M.G., Chaschin I.S., Sinolits A. V., Vasil'ev V.G., Popov A.G., Badun G.A., Bakuleva N.P. Chitosan-nanodiamond composites for improving heart valve biological prostheses materials: preparation and mechanical trial // Fullerenes Nanotub. Carbon Nanostructures. Taylor & Francis, 2020. Vol. 28, № 4. P. 256-261.

4. Mahdavi M., Mahmoudi N., Anaran F.R., Simchi A. Electrospinning of nanodiamond-modified polysaccharide nanofibers with physico-mechanical properties close to natural skins // Mar. Drugs. 2016. Vol. 14, № 7.

5. Chou C.C., Lee S.H. Rheological behavior and tribological performance of a nanodiamond-dispersed lubricant // J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 201, № 1-3. P. 542-547.

6. Liu X., Xu X. Ultra-fine polishing of glass-ceramics by disaggregated and fractionated detonation nanodiamond // Ceram. Int. Elsevier Ltd and Techna Group S.r.l., 2017. Vol. 43, № 8. P. 6063-6068.

7. Vershinin N.N., Efimov O.N., Bakaev V.A., Aleksenskii A.E., Baidakova M. V., Sitnikova A.A., Vul A.Y. Detonation nanodiamonds as catalyst supports // Fullerenes Nanotub. Carbon Nanostructures. 2011. Vol. 19, № 1-2. P. 63-68.

8. Duan X., Ao Z., Li D., Sun H., Zhou L., Suvorova A., Saunders M., Wang G., Wang S. Surface-tailored nanodiamonds as excellent metal-free catalysts for organic oxidation // Carbon N. Y. Elsevier Ltd, 2016. Vol. 103. P. 404-411.

9. Krueger A., Lang D. Functionality is key: Recent progress in the surface modification of nanodiamond // Adv. Funct. Mater. 2012. Vol. 22, № 5. P. 890906.

10. Ackermann J., Krueger A. Efficient surface functionalization of detonation nanodiamond using ozone under ambient conditions // Nanoscale. Royal Society of

Chemistry, 2019. Vol. 11, № 16. P. 8012-8019.

11. Smith A.H., Robinson E.M., Zhang X.Q., Chow E.K., Lin Y., Osawa E., Xi J., Ho D. Triggered release of therapeutic antibodies from nanodiamond complexes // Nanoscale. 2011/05/26. 2011. Vol. 3, № 7. P. 2844-2848.

12. van der Laan K., Hasani M., Zheng T., Schirhagl R. Nanodiamonds for In Vivo Applications // Small. 2018. Vol. 14, № 19. P. 1-17.

13. Johnstone G.E., Cairns G.S., Patton B.R. Nanodiamonds enable adaptive-optics enhanced, super-resolution, two-photon excitation microscopy // R. Soc. open Sci. 2019.

14. Zhu Y., Li J., Li W., Zhang Y., Yang X., Chen N., Sun Y., Zhao Y., Fan C., Huang Q. The biocompatibility of nanodiamonds and their application in drug delivery systems // Theranostics. 2012. Vol. 2, № 3. P. 302-312.

15. Adnan A., Lam R., Chen H., Lee J., Schaffer D.J., Barnard A.S., Schatz G.C., Ho D., Liu W.K. Atomistic simulation and measurement of pH dependent cancer therapeutic interactions with nanodiamond carrier // Mol. Pharm. 2011. Vol. 8, № 2. P. 368-374.

16. Chow E.K., Zhang X.Q., Chen M., Lam R., Robinson E., Huang H., Schaffer D., Osawa E., Goga A., Ho D. Nanodiamond therapeutic delivery agents mediate enhanced chemoresistant tumor treatment // Sci. Transl. Med. 2011. Vol. 3, № 73.

17. Badun G.A., Chernysheva M.G., Ksenofontov A.L. Increase in the specific radioactivity of tritium-labeled compounds obtained by tritium thermal activation method // Radiochim. Acta. 2012. Vol. 100, № 6. P. 401-408.

18. Badun G.A., Kulikova N.A., Chernysheva M.G., Tyasto Z.A., Korobkov V.I., Fedoseev V.M., Tsvetkova E.A., Konstantinov A.I., Kudryavtsev A. V, Perminova I. V. Tritium label as a unique instrument for the study of behavior of humic substances in live systems. // Vestn. Mosk. Univ. Seriya 2 Khimiya. 2009.

19. Chernysheva M.G., Myasnikov I.Y., Badun G.A. Myramistin adsorption on detonation nanodiamonds in the development of drug delivery platforms // Diam. Relat. Mater. 2015. Vol. 55. P. 45-51.

20. Lukashina E. V., Badun G.A., Chulichkov A.L. Atomic tritium as an instrument for study of protein behavior at the air-water interface // Biomol. Eng. 2007. Vol. 24, № 1 SPEC. ISS. P. 125-129.

21. Vervald A.M., Laptinskiy K.A., Burikov S.A., Laptinskaya T. V., Shenderova O.A., Vlasov I.I., Dolenko T.A. Nanodiamonds and surfactants in water: Hydrophilic and hydrophobic interactions // J. Colloid Interface Sci. Elsevier Inc., 2019. Vol. 547. P. 206-216.

22. Соломатин А.С., Яковлев Р.Ю., Леонидов Н.Б., Бадун Г.А., Чернышева М.Г., Кулакова И.И., Ставрианиди А.Н., Шляхтин О.А., Лисичкин Г.В. Получение меченного тритием амикацина и его сорбционная иммобилизация на функционализированных наноалмазах // Вестник московского университета. Серия 2. Химия. 2018. Т. 59, № 3. С. 179-188.

23. Chernysheva M.G., Melik-Nubarov N.S., Grozdova I.D., Myasnikov I.Y., Tashlitsky V.N., Badun G.A. Reduction of cytotoxicity of Myramistin by adsorption on nanodiamonds // Mendeleev Commun. 2017. Т. 27, № 4.С. 421-423.

24. Chernysheva M.G., Popov A.G., Tashlitsky V.N., Badun G.A. Cationic surfactant coating nanodiamonds: Adsorption and peculiarities // Colloids Surfaces A Physicochem. Eng. Asp. Elsevier, 2019. Vol. 565, № August 2018. P. 25-29.

25. Badziag P., Verwoerd W.S., Ellis W.P., Greiner N.R. Nanometre-sized diamonds are more stable than graphite // Nature. 1990. Vol. 343, № 6255. P. 244-245.

26. Shenderova O.A., McGuire G.E. Science and engineering of nanodiamond particle surfaces for biological applications (Review) // Biointerphases. 2015. Vol. 10, № 3. P. 030802.

27. Furthmüller J., Hafner J., Kresse G. Dimer reconstruction and electronic surface states on clean and hydrogenated diamond (100) surfaces // Phys. Rev. B -Condens. Matter Mater. Phys. 1996. Vol. 53, № 11. P. 7334-7351.

28. Yang N. Novel aspects of diamond: from growth to applications // Topics in Applied Physics. 2015. 296 p.

29. Shenderova O., Koscheev A., Zaripov N., Petrov I., Skryabin Y., Detkov P., Turner S., Van Tendeloo G. Surface chemistry and properties of ozone-purified detonation nanodiamonds // J. Phys. Chem. C. 2011. Vol. 115, № 20. P. 9827-9837.

30. Barnard A.S., Russo S.P., Snook I.K. Structural relaxation and relative stability of nanodiamond morphologies // Diam. Relat. Mater. 2003. Vol. 12, № 10-11. P. 1867-1872.

31. Raty J.Y., Galli G., Bostedt C., Van Buuren T.W., Terminello L.J. Quantum

confinement and fullerenelike surface reconstructions in nanodiamonds // Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 90, № 3. P. 1-4.

32. De Vita A., Galli G., Canning A., Car R. A microscopic model for surface-induced diamond-to-graphite transitions // Nature. 1996. Vol. 379, № 6565. P. 523-526.

33. Kuznetsov V.L., Chuvilin A.L., Butenko Y. V, Yu I., Titov V.M. Onion-like carbon from ultra-disperse diamond // Chem. Phys. Lett. 1994. Vol. 222, № May. P. 343-348.

34. Banhart F. Irradiation effects in carbon nanostructures // Reports Prog. Phys. 1999. Vol. 62, № 8. P. 1181-1221.

35. Osawa E. Recent progress and perspectives in single-digit nanodiamond // Diam. Relat. Mater. 2007. Vol. 16, № 12. P. 2018-2022.

36. Petit T., Yuzawa H., Nagasaka M., Yamanoi R., Osawa E., Kosugi N., Aziz E.F. Probing Interfacial Water on Nanodiamonds in Colloidal Dispersion // J. Phys. Chem. Lett. 2015. Vol. 6, № 15. P. 2909-2912.

37. Kuznetsov V.L., Butenko Y. V. Diamond Phase Transitions at Nanoscale // Ultrananocrystalline Diam. Synth. Prop. Appl. 2006. № 2. P. 405-475.

38. Raty J.Y., Galli G. Ultradispersity of diamond at the nanoscale // Nat. Mater. 2003. Vol. 2, № 12. P. 792-795.

39. Lai L., Barnard A.S. Surface phase diagram and thermodynamic stability of functionalisation of nanodiamonds // J. Mater. Chem. 2012. Vol. 22, № 33. P. 16774-16780.

40. Mochalin V.N., Shenderova O., Ho D., Gogotsi Y. The properties and applications of nanodiamonds // Nat. Nanotechnol. Nature Publishing Group, 2012. Vol. 7, № 1. P. 11-23.

41. Heyer S., Janssen W., Turner S., Lu Y.G., Yeap W.S., Verbeeck J., Haenen K., Krueger A. Toward deep blue nano hope diamonds: Heavily boron-doped diamond nanoparticles // ACS Nano. 2014. Vol. 8, № 6. P. 5757-5764.

42. Vul' A.Y., Shenderova O.A. Detonation Nanodiamonds: Science and applications. Taylor & Francis, 2013. 320 p.

43. Boudou J.P., Curmi P.A., Jelezko F., Wrachtrup J., Aubert P., Sennour M., Balasubramanian G., Reuter R., Thorel A., Gaffet E. High yield fabrication of fluorescent nanodiamonds // Nanotechnology. 2009. Vol. 20, № 23.

44

45

46

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

Palyanov Y.N., Kupriyanov I.N., Khokhryakov A.F., Ralchenko V.G. Crystal Growth of Diamond // Handbook of Crystal Growth: Bulk Crystal Growth: Second Edition. Second Edi. Elsevier B.V., 2015. Vol. 2. 671-713 p. Shenderova O.A. Production of Nanodiamond Particles // Comprehensive Hard Materials. Elsevier Ltd, 2014. Vol. 3. 143-171 p.

Brandon J.R., Friel I., Cooper M.A., Scarsbrook G.A., Green B.L. A microwave plasma reactor for manufacturing synthetic diamond material: pat. CA 2821624 USA. United Kingdom: Element Six Limited, 2015. № 19. P. 10-11. Духновский М.П., Федоров Ю.Ю., Ратникова А.К., Вихарев А.Л., Горбачев А.М., Мучников А.Б. Способ получения пластины комбинированного поликристаллического и монокристаличесокго алмаза: pat. 2 489 532 C1 USA. 2012. № 19. С. 1-8.

Shenderova O.A., Gruen D.M. Ultra Nanocrystalline Diamond. Norwich: William Andrew Publishing, 2006. 590 p.

Decarli P.S., Jamieson J.C. Formation of diamond by explosive shock // Science (80-. ). 1961. Vol. 133, № 3467. P. 1821-1822.

Даниленко В.В. Из истории открытия синтеза наноалмазов // 'Физика

Твердого Тела'. 2004. Т. 46, № 4. С. 581.

ООО Реал-Дзержинск [Electronic resource].

АО ФНПЦ 'АЛТАЙ' [Electronic resource].

ФГУП СТКБ 'Технолог' [Electronic resource].

НП ЗАО 'Синта' [Electronic resource].

Долматов В.Ю., Веретенникова М.В., Марчуков В.А., Сущев В.Г. Современные промышленные возможности синтеза наноалмазов // 'Физика Твердого Тела'. 2004. Т. 46, № 4. С. 596.

Wu C.C., Gottfried J.L., Pesce-Rodriguez R.A. On the structure and impurities of a nominally homologous set of detonation nanodiamonds // Diam. Relat. Mater. 2017. Vol. 76, № January. P. 157-170.

Волков Д.С. Комплексный Подход К Характеризации Наноалмазов Детонационного Синтеза И Их Колоидных Растворов. 2015. 238 с. Неверовская А.Ю., Возняковский А.П., Долматов В.Ю. Структура дисперсионной мреды и седиментационная устойчивость суспензий

наноалмазов детонационного синтеза // 'Физика Твердого Тела'. 2004. Vol. 46, № 4. С. 646.

59. Barnard A.S. Ultrananocrystalline Diamond // Ultrananocrystalline Diamond: Synthesis, Properties and Applications: Second Edition. 2012. 3-52 p.

60. Larsson K. Surface chemistry of diamond // Topics in Applied Physics. 2015. Vol. 121. P. 85-122.

61. Kern G., Hafner J. Ab initio calculations of the atomic and electronic structure of clean and hydrogenated diamond (110) surfaces // Phys. Rev. B. 1997. Vol. 56, № 7. P. 4203-4210.