WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 |

На правах рукописи

Крисько Татьяна Константиновна ТВЕРДОФАЗНЫЕ ФОТОСЕНСИБИЛИЗАТОРЫ НА ОСНОВЕ ФУЛЛЕРЕНОВ ДЛЯ ГЕНЕРАЦИИ СИНГЛЕТНОГО КИСЛОРОДА В ВОДНЫХ СРЕДАХ Специальности: 01.04.05 – Оптика и 02.00.04 – Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2008

Работа выполнена в Федеральном Государственном унитарном предприятии «Научно-производственной корпорации «Государственном оптическом институте им. С.И. Вавилова» Научные руководители: доктор физико-математических наук, профессор Белоусова Инна Михайловна кандидат химических наук Муравьева Татьяна Дмитриевна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Холмогоров Владимир Евгеньевич доктор технических наук, профессор Василевский Александр Михайлович Ведущая организация - Санкт-Петербургский Государственный университет

Защита диссертации состоится «25» февраля 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д407.001.01 во ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И.

Вавилова» по адресу: 199034, Санкт-Петербург, Биржевая линия, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И.

Вавилова»

Автореферат разослан « » 2009 г

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук, профессор Данилов В. В.

2

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы: Исследование различных фотосенсибилизаторов и условий протекания фотосенсибилизируемых химических реакций является актуальным научным направлением.

В настоящей работе рассматривается вопрос использования фотосенсибилизатора для возбуждения синглетного кислорода, который в настоящее время находит широкое применение, в первую очередь в биологии и медицине.

Актуальным применением реакции фотосенсибилизированного окисления органических соединений в биологии и медицине является метод фотодинамической инактивации болезнетворных организмов (вирусы, бактерии, простейшие и т.д.) в донорской крови и продуктах крови.

Действительно, передача инфекций при переливании плазмы донорской крови и использовании лечебных препаратов, полученных из нее, является одним из путей заражения пациентов гепатитами, ВИЧ и другими особо опасными инфекциями. Тем более, что в последние годы в группу заболеваний, передающихся при гемотрансфузиях, попали еще более 30 “новых” инфекционных болезней человека и, видимо, эта группа будет постоянно увеличиваться.

Поэтому стратегической задачей службы крови всех стран мира является обеспечение минимального уровня риска передачи гемотрансмиссивных инфекций при введении реципиентам донорской плазмы и препаратов из нее. В связи с этим в службе крови по регламенту Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) был введен ряд новых инактивационных технологий, позволяющих снизить риск заражения инфекционными заболеваниями при трансфузии и терапии.

К наиболее перспективным инактивационным технологиям относится фотодинамическое воздействие, которое заключается в активации светом в присутствии кислорода вводимого в плазму фотосенсибилизатора, генерации активных форм кислорода (в том числе синглетного кислорода) и последующего разрушения ими инфекционных агентов.

В качестве фотосенсибилизаторов в настоящее время используются водорастворимые красители, в основном метиленовый синий. Следует отметить, что данная технология реализуется в установках импортного производства, в России технология инактивации практически не используются.

Однако, несмотря на высокую эффективность этого метода, он имеет существенные недостатки, которые заключаются в необходимости последующего удаления красителя из инактивированной плазмы, что реализуется с помощью специально разработанных селективных фильтров в небольших объемах плазмы. К тому же данный метод не может быть применен для инактивации пулированной плазмы, идущей на переработку на лечебные препараты, из-за невозможности полного удаления красителя из больших объемов вязкой биологической жидкости.

Создание нового класса высокоэффективных твердофазных фотосенсибилизаторов позволит осуществлять инактивацию плазмы в гетерогенных условиях, что обеспечит простоту полного извлечения реагента после процесса инактивации и тем самым гарантию отсутствия нежелательных примесей в целевой плазме. Такие фотосенсибилизаторы с успехом могут применяться как в процессах инактивации небольших объемов плазмы из дозы донорской крови, так в случае инактивации пулированной плазмы для получения из нее лечебных препаратов.

Изучение структурных особенностей твердофазных фотосенсибилизаторов и связанной с ними эффективности генерации активных форм кислорода, позволит создать оптимальные фотосенсибилизаторы, на основе которых могут быть разработаны отечественные высоко эффективные методы инактивации гемотрансмиссивных инфекций в плазме донорской крови и препаратах на ее основе.

Цель работы и задачи исследования: Настоящая работа посвящена созданию новых твердофазных фотосенсибилизаторов на основе фуллеренов, обладающих способностью генерировать синглетный кислород в водных средах, селективно воздействовать на вирусы, быть фотостабильными и легко извлекаемыми из биологических жидкостей после фотовоздействия.

Первая задача настоящего исследования - создание фотостабильной, легко извлекаемой, простой в технологии изготовления, малотоксичной твердофазной композиции на основе фуллерена для целей фотодинамической инактивации вирусов в плазме и препаратах плазмы крови.

Вторая задача настоящего исследования – изучение способности твердофазных фотосенсибилизаторов на основе С60 к генерации синглетного кислорода в водной среде.

Третья задача настоящего исследования – оценка потенциальных возможностей использования твердофазных фотосенсибилизаторов на основе фуллеренов для фотодинамической инактивации вирусов in vitro.

Методы исследования: рентгеноструктурный анализ; спектрофотометрия;

элементный анализ; электронная микроскопия; динамическое светорассеяние;

импульсная люминесценция; фотохимический метод определения синглетного кислорода; экспериментальное моделирование фотосенсибилизированного разрушения оболочечных вирусов в водных средах.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:

1. Обнаружена и исследована генерация синглетного кислорода высоко агрегированным фуллереном С60 в водных средах.

2. Разработан твердофазный фотосенсибилизатор синглетного кислорода на основе фуллерена С60, обеспечивающий эффективную инактивацию оболочечных вирусов в водных средах и легкое извлечение сенсибилизирующего агента после процедуры инактивации.

3. Разработан новый способ получения высоко аморфизованного (67%) твердофазного фуллерена.

4. Предложена модификация фотохимического метода обнаружения 1О2 в водных средах, обеспечивающая высокочувствительные измерения сингленого кислорода, образованного в результате взаимодействия невозбужденного молекулярного кислорода с фотовозбужденным твердофазным сенсибилизатором.

Практическая ценность работы состоит в создании нового типа твердофазного фотосенсибилизатора, использование которого в процессах инактивации гемотрасмиссивных инфекций в плазме донорской крови позволит разработать отечественную технологию получения патоген-безопасной плазмы донорской крови и препаратов из нее, что позволит снизить риск распространения особо опасных инфекций.

Защищаемые положения:

1. Способность агрегированных фуллеренов при их возбуждении видимым светом в водных средах генерировать синглетный кислород.

2. Твердофазный фотосенсибилизатор на основе фуллерена, при облучении видимым светом генерирующий синглетный кислород в водных средах.

3. Фотостабильность твердофазных фотосенсибилизаторов на основе фуллеренов в условиях облучения, характерных для процесса фотодинамической инактивации вирусов (длительность облучения 2 ч., 100 мВт/см2, видимый диапазон спектра).

4. Фотодинамическая инактивация оболочечных вирусов в водных средах при использовании твердофазных фотосенсибилизаторов на основе фуллеренов.

Апробация работы. Результаты работы прошли апробацию на международных конференциях, на которых были представлены следующие доклады:

1. Belousova I.M., Belousov V.P., Danilov O.B., Ermakov A.V., Kiselev V.M., Kris’ko T.K., Kris’co A.V., Mironova N.G., Murav’eva T.D. Photosensitizers, based fullerenes and fullerene-like nanostructures for biology medicine // 8th International Conference on Solar Energy and Applied Photochemistry “Solar – 05”, Book of abstracts, p. 66-67. February 20-25, 2005, Luxor, Egypt.

2. Belousova I.M., Belousov V.P., Danilov O.B., Ermakov A.V., Kiselev V.M., Kris’ko T.K., Kris’ko A.V., Mironova N.G., Murav’eva T.D. Photosensitizers on the base of fullerenes and fullerene-like nanostructures for biology medicine // 7th Biennial International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters, Book of abstracts, p. 217. June 27-July 1, 2005, St-Petersburg, Russia.

3. Zarubaev V.V., Anfimov P.M., Rylkov V.V., Murav’eva T.D., Kris’ko T.K., Sirotkin A.K., Starodubzev A.M., Belousova I.M. and Kiselev O.I.

Photodynamic inactivation of influenza virus with fullerene suspensions in allantoic fluid // 7th Biennial International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters, Book of abstracts, p. 245. June 27-July 1, 2005, St.-Petersburg, Russia.

4. Piotrovsky L.B., Sirotkin A.K., Zarubaev V.V., Poznyakova L.N., Murav’eva T.D., Kris’ko T.K., Belousova I.M. and Kiselev O.I. Pristine fullerene C60:

different water soluble forms - different mechanisms of biological action // 7th Biennial International Workshop on Fullerenes and Atomic Clusters, Book of abstracts, p. 240. June 27-July 1, 2005, St.-Petersburg, Russia.

5. Белоусова И.М., Белоусов В.П., Крисько А.В., Крисько Т.К., Муравьева Т.Д., Сироткин А.К. Фотосенсибилизаторы на основе фуллеренов и фуллереноподобных наноструктур для биологии и медицины // IX Межд.

конференция ICHMS – 2005, Водородное материаловедение и химия углеродных наноматериалов. Сборник тезисов, с. 661, Сентябрь 5-11, 2005, Севастополь-Крым-Украина.

6. Kislyakov I.M., Belousova I.M., Videnichev D.A., Danilov O.B., Kiselev V.M., Kris’ko T.K., Murav’eva T.D. Solid-phase fullerene-like nanostructures as singlet-oxygen sensitizers in liquid media // XII Conference on Laser Optics.

Technical Program, p. 35, June 26-30, 2006, St.-Petersburg, Russia.

7. Bagrov I.V., Belousova I.M., Kiselev V.M., Kislyakov I.M., Krisko T.K., Murav’eva T.D. Visible light action on optical and photochemical properties of fullerene C60 coatings // XIII Conference on Laser Optics. Technical Program, p. 75, June 23-28, 2008, St.-Petersburg, Russia.

8. Belousova I.M., Belousov V.P., Kiselev V.M., Murav’eva T.D., Kislyakov I.M., Starodubtzev A.M., Krisko T.K., Bagrov I.V. Structural and optical properties of solid-phase C60 nanoparticles in aqueous suspensions // XIII Conference on Laser Optics. Technical Program, p. 75, June 23-28, 2008, St.-Petersburg, Russia.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ в реферируемых журналах, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и трех приложений; изложена на 172 страницах и содержит 48 рисунков и 3 таблицы.

Личное участие автора заключается в разработке и приготовлении исследуемых композиций для всех видов исследований и их спектральном анализе; разработке фотохимического метода определения синглетного кислорода, образованного твердофазными фотосенсибилизаторами;

определении и анализе сенсибилизирующей способности и фотостабильности исследуемых композиций; анализе экспериментальных результатов, в том числе биологических, с целью определения оптимального фотосенсибилизатора, отвечающего конкретному применению реакции фотоокисления.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава. Фуллерен и фотодинамическая инактивация вирусов В первой главе представлен обзор литературы, посвященный вопросам возможности и особенностей применения фуллерена в качестве сенсибилизирующего агента в фотодинамических процессах, в частности инактивации вирусов. На основании анализа литературных данных сформулированы основные задачи настоящей работы.

Прежде всего, обоснована необходимость инактивации вирусов в плазме и препаратах плазмы крови, проведен выбор метода инактивации. Показано, что, благодаря селективности воздействия, фотодинамическая инактивация вирусов может является одним из наиболее перспективных методов очистки плазмы донорской крови и препаратов плазмы крови. В основе фотодинамической инактивации вирусов лежат реакции фотосенсибилизированного окисления органических соединений активными формами кислорода: супероксидным анион-радикалом О2-• и гидроксильным радикалом ОН• (механизм I типа) или синглетным кислородом 1О2 (механизм II типа). В водных системах протекание фотореакции типа I определяется возбуждением сенсибилизатора как в триплетное (3P*), так и в синглетное (1P*) возбужденное состояние в присутствии электронодонорных соединений, в то время как генерация синглетного кислорода обуславливается только наличием состояния (3P*). Оба типа фотодинамических реакций протекают одновременно, конкурируя между собой в зависимости от относительной концентрации кислорода, фотоокисляемой молекулы и pH среды, концентрации окисляющих агентов.

Однако, применение в качестве фотосенсибилизатора активных форм кислорода традиционного водорастворимого красителя (например, метиленового синего) может ограничить использование метода при множественной трансфузии плазмы крови и обработке препаратов плазмы крови благодаря наличию в целевых продуктах нежелательных примесей.

Устранению этого недостатка может способствовать разработка принципиально нового подхода к фотодинамической инактивации вирусов, основанного на использовании твердофазных фуллеренсодержащих фотосенсибилизаторов, которые могут быть легко удалены из реакционной смеси после процедуры инактивации. Кроме того, было показано, что молекулы фуллерена С60 могут составить конкуренцию традиционно используемым в фотодинамике красителям, т.к. обладают: широким спектром поглощения; высоким квантовым выходом синглетного кислорода в отсутствии агрегации ( 1);

Pages:     || 2 | 3 | 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»