🧪 Донорно-акцепторные пары для одно-молекулярных органических солнечных ячеек

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

В Лаборатории «Синтез и реакционная способность металлопорфиринов в растворах» впервые созданы донорно-акцепторные пары для одно-молекулярных органических солнечных ячеек на основе тетрапиррольных соединений с обратным фотоиндуцированным переносом заряда и охарактеризована динамика сверхбыстрых процессов в них при фотовозбуждении.

С целью расширения возможностей создания систем с гетеропереходом электрона при фотовозбуждении для солнечных ячеек выдвинута идея использования в донорно-акцепторных парах на основе порфиринов и фталоцианинов производных антрацена в качестве донорных составляющих. Суть выдвигаемой идеи состоит в замене привычной донорный природы тетрапиррольных соединений или их комплексов с ионами металлов на акцепторную путем получения на их основе донорно-акцепторных пар с производными антрацена.

Научные сотрудники получили и представили параметры спектральных свойств и динамики сверхбыстрых процессов в полученных парах при фотовозбуждении. Доказано перераспределение электронной плотности в донорно-акцепторных парах, направленное от антраценового фрагмента к макроциклу – противоположное по отношению к акцепторам фуллереновой природы и другим нефуллереновым акцепторам. Полученные данные развивают фундаментальную основу в области фотовольтаики и показывают широкие перспективы изучения молекулярных систем этого класса.

👍 Новая онлайн-платформа предскажет свойства органических красителей быстрее и точнее аналогов

Ученые из Института химии растворов разработали онлайн-платформу SpecML, которая позволяет с высокой точностью и скоростью предсказывать основные флуоресцентные характеристики для новых красителей BODIPY.

В основе метода лежат модели машинного обучения, созданные на большом массиве экспериментальных данных, собранных из научной литературы. Так, для обучения алгоритма авторы использовали около 36 000 экспериментальных записей для более чем 6 500 уникальных молекул BODIPY, исследованных в 82 различных растворителях. Такое количество и разнообразие данных позволило моделям выявлять сложные взаимосвязи между структурой молекулы и ее оптическими свойствами.

«SpecML представляет собой простой и мощный инструмент для дизайна материалов в области химии, биологии и материаловедения. Веб-платформа находится в открытом доступе, поэтому любой заинтересованный исследователь может опробовать ее возможности. Мы уверены, что SpecML станет эффективным ресурсом для ускорения разработки новых BODIPY красителей с заранее заданными свойствами. Это будет способствовать созданию более эффективных флуоресцентных маркеров для терапии рака и конструирования материалов для органической электроники следующего поколения. В дальнейшем мы планируем дообучить модели на большем количестве данных, а также расширить функционал SpecML, добавив ряд полезных опций», — рассказывает руководитель проекта Александр Ксенофонтов, старший научный сотрудник Лаборатории «Химия и молекулярная фотоника дипиррометеновых красителей и люминофоров». Проект поддержан грантом Российского научного фонда. Ознакомиться с ним подробнее можно, перейдя по ссылке: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1386142525013988?via%3Dihub.

🧑‍🔬 Ученые раскрыли уникальные свойства нанокомпозиционного материала для применения в медицине

В Лаборатории «Химия гибридных наноматериалов и супрамолекулярных сиcтем» Института химии растворов продолжают исследовать композиционный материал на основе титаната бария и оксида меди.

Ученые проводили испытания этого композита для применения в медицине. Эта работа ведется совместно с одним из ведущих федеральных медицинских учреждений региона – НИИ материнства и детства имени В.Н. Городкова Минздрава России.

Была изучена совместимость композита с клетками крови – эритроцитами, насыщающими клетки кислородом, и тромбоцитами, отвечающими за свертываемость. Результаты впечатлили: соединение препятствует так называемому «слипанию» тромбоцитов, которое происходит при тромбозе. Это состояние, при котором в артериях, венах или полостях сердца образуются кровяные сгустки, тромбы.

Кроме того, доказано, что оксидные соединения обладают антимикробной активностью. Вместе с тем ученые отметили, что при определенных концентрациях композита в крови активируется процесс окисления липидов, которые «готовят» пластический материал для создания и обновления клеточных структур. Это дает надежду, что в будущем изученный композит можно будет использовать для ускорения сращивания тканей при лечении травм.

Подробнее с исследованием можно ознакомиться, перейдя по ссылке: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0272884225051727?via%3Dihub. Работа выполнена в рамках Госзадания.

👏 Поздравляем с получением гранта!

В Российском научном фонде подвели итоги конкурса на получение грантов по приоритетному направлению деятельности «Поддержка проведения научных исследований и развития научных коллективов, занимающих лидирующие позиции в определенных областях науки».

Рады сообщить, что в числе победителей конкурсного отбора – заявка ведушего научного сотрудника Лаборатории физической химии лекарственных соединений Института химии растворов Татьяны Валентиновны Волковой.

Проект направлен на разработку новых биодоступных форм противоопухолевых препаратов на основе биополимеров и супрамолекулярных комплексов, которые обладают такими важными свойствами, как контролируемое высвобождение и проницаемость.

От всей души поздравляем Татьяну Валентиновну с получением гранта и желаем успешной реализации проекта!

🧪 Порфириновые пленки Ленгмюра-Шеффера для создания селективных датчиков

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

Научные сотрудники изучили условия формирования плавающих слоев порфиринов на границе раздела воздух/вода и пленок Ленгмюра-Шеффера на их основе (ЛШ-пленка).

Пленки получены путем переноса плавающих слоев на кварцевую подложку. Был применен метод молекулярной динамики с целью моделирования плавающих слоев порфиринов и рассчитаны структурные параметры упаковки их молекул на поверхности воды. Методами сканирующей электронной и атомной силовой микроскопии изучена морфология поверхности ЛШ-пленок.

Ученые установили сенсорную способность разработанных ЛШ-пленок по отношению к парам пиридина, аммиака и кислот различной природы в газовой фазе и азотсодержащим органическим лигандам, ПАВ и галогенид-ионам в водных растворах. Легко идентифицируемый спектральный отклик на связывание макроциклом субстрата определенного типа позволяет установить концентрационные пределы обнаружения субстрата. Полученные результаты могут быть использованы при создании селективных датчиков для экологического мониторинга сточных вод и промышленных выбросов в атмосферу.

🧪 Визуализация механизма взаимодействия в наноансамбле

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

В Лаборатории «Новые материалы на основе макроциклических соединений» исследовали свойства молекулярных систем с порфирином. На основе стационарного поглощения/фотолюминесценции, экспериментов с временным разрешением (метод время-коррелированного счёта одиночных фотонов) и рамановской спектроскопии проанализированы явления взаимодействия и изменения спектральных свойств взаимодействующих субъединиц в наноансамблях тетракатионов порфирина с анионными квантовыми точками, солюбилизированных глутатионом.

Ученые предложили квантово-химическую атомистическую 3D-модель квантовой точки AgInS/ZnS/GSH, которая позволила визуализировать механизм взаимодействия порфиринового тетракатиона с поверхностью анионной квантовой точки, включающего электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженными терминальными группами глутатиона. За ним следует очень быстрое металлирование порфириновой платформы с образованием Zn-комплекса, который непосредственно фиксируется на поверхности квантовой точки.

Эти результаты подчеркивают сложность процессов взаимодействия в наноансамблях «квантовая точка – порфирин» и предоставляют эффективную стратегию для детального анализа релаксации энергии возбуждения в исследуемых системах.

🧪 Новые ультра- и микрофильтрационные мембраны из полипропилена превосходят импортные аналоги

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

Научная группа «Физическая химия полимерных систем и функциональные материалы на их основе» разработала новую технологию получения полипропиленовых мембран, которые имеют перспективы применения при водоподготовке, микрофильтрации жидкостей в пищевой, медицинской, химической промышленности и в качестве мембранных контакторов для выделения углекислого газа и сероводорода из газовых смесей.

Технология основана на комбинации методов термически индуцированного фазового распада и осаждения путем погружения. Она заключается в приготовлении при повышенной температуре жидкой гомогенной смеси полимера с растворителем, ее формовании в тонкую пленку и погружении в осадитель комнатной температуры.

В рамках фундаментального аспекта работы было изучено термическое (фазовое) поведение смесей полимера с выбранными растворителями, разработаны технологические параметры процесса, влияние природы осадителя (вода, различные спирты) на механизм структурообразования, морфологию и свойства полученных мембран. Предложена термодинамическая трактовка полученных результатов с учетом данных о теплофизических свойствах осадителей и их термодинамическом сродстве к полимеру и растворителю. А в рамках прикладного аспекта работы были оценены эксплуатационные (физико-механические, транспортные) свойства мембран. Ученые пришли к выводу, что по проницаемости новые мембраны значительно превосходят импортные аналоги из полипропилена с подобными значениями прочности и селективности.

🧪 Новый метод производства максенов

Ученые Института химии растворов получили результаты по ряду направлений исследований. В чем суть научных открытий – в Телеграм-рубрике «ИХР РАН: обзор итогов».

MXenes (максены) - перспективные материалы 21 века, представляющие собой двумерные карбиды, нитриды и карбонитриды переходных металлов. Они обладают такими важными свойствами, как оптическая прозрачность, высокая механическая прочность и электропроводность. Значительное внимание было уделено изучению их применения в материалах авиакосмической промышленности, поглощении терагерцового излучения, устройствах хранения энергии и биомедицине.
Обычно максены на основе карбида титана получают путем травления сплава титан/алюминий/углерод фтористоводородной кислотой, но этот традиционный способ имеет ряд недостатков: реакцию необходимо проводить при высоких температурах, а после ее проведения — утилизировать опасные отходы и очищать максены от образующихся в процессе травления примесей.
В лаборатории «Химия гибридных наноматериалов и супрамолекулярных сиcтем» разработан новый высокотехнологичный подход получения максенов - с помощью плазменно-жидкостного синтеза. Подход успешно продемонстрирован на примере синтеза наноструктур MXenes состава TiCnClx путем инициирования импульсного разряда между титановыми электродами, погруженными в четыреххлористый углерод.

Полученные MXenes имеют морфологию частиц, подобную "гармошке", характерную для максенов, синтезированных традиционным методом. Разработанный метод не требует опасных исходных реагентов, утилизации побочных продуктов и высокотемпературных процессов для фиксации продуктов, позволяющий синтезировать максены в одну стадию. При этом MXenes не содержат никаких оксидных примесей.

✅ 3 февраля в 13.30 в конференц-зале Института химии растворов им. Г. А. Крестова РАН состоится тридцатое заседание семинара "Теория и моделирование молекулярных систем".

Семинар проводится научно-исследовательским отделом №6 ИХР РАН в рамках работы Центра генеративного дизайна кампуса БИМ и Зеркальной лаборатории НИУ ВШЭ-ИХР РАН.

На семинаре с докладом "Локальная структура, диффузия и вязкость жидкостей в молекулярной динамике (по материалам докторской диссертации)" выступит исполнительный директор Центра вычислительной физики Московского физико-технического института, кандидат физико-математических наук Николай Дмитриевич Кондратюк.

Доклад посвящен развитию методов атомистического моделирования для атомарных флюидов (плотный флюид водорода, расплавы металлов) и молекулярных систем (водные растворы органических соединений, смеси органических веществ). В работе применяются модели различной сложности: учет квантовых ядерных эффектов, ab initio расчеты, машинно-обученные потенциалы и классические потенциалы межатомного взаимодействия. Для исследуемых флюидов рассчитываются локальная структура, уравнения состояния и динамические свойства с установлением взаимосвязей между ними. Теоретические результаты верифицируются сравнением с экспериментальными данными. Применение методики к различным веществам демонстрирует универсальность предлагаемого подхода.

Для участия в семинаре онлайн/офлайн необходимо зарегистрироваться по ссылке https://forms.gle/4Fb68fzFShoc6kDN7. По всем вопросам обращаться к секретарю семинара Екатерине Геннадьевне Одинцовой по адресу oeg@isc-ras.ru.

О технологиях ивановских ученых – на государственном уровне 🇷🇺

Директор Института химии растворов им. Г.А. Крестова РАН Михаил Григорьевич Киселев 29 января выступил на парламентских слушаниях в Государственной Думе.

Слушания были посвящены теме развития легкой промышленности в России: сейчас решается вопрос о разработке комплексной программы развития отрасли. В слушаниях приняли участие представители Правительства РФ, региональных органов власти, деловых объединений, научно-исследовательских институтов и предприятий.

Михаил Киселев в своем выступлении остановился на важности развития производства отечественных лубяных волокон – льна и конопли. Он рассказал о технологиях их глубокой переработки для получения различных материалов, которые можно использовать в различных отраслях промышленности. Ивановские ученые совершенствуют методы механической и механо-химической обработки льна и конопли. Из высокотехнологичных материалов создают тканые и нетканые материалы для изготовления одежды, медицинских изделий, отделки транспорта.

🧪 Ученые Института химии растворов разработали лекарственную форму пролонгированного действия

Создание новых лекарственных препаратов, которые способны эффективно бороться с заболеваниями и снимать симптомы, - одна из главных задач современности. Нездоровый человек не может полноценно жить и быть деятельным. Нередко речь идет о жизни и смерти, когда мы говорим об онкологических заболеваниях.

Разработка современного медицинского препарата начинается в химической лаборатории, где ученые тщательно работают не только над структурой молекулы лекарственного соединения, но и над его лекарственной формой. В приближенных к человеческому организму условиях важно изучить все свойства вещества и выявить закономерности, чтобы в конечном итоге создать тот способ доставки лекарства в организм, который поможет тысячам людей.

В отделе «Разработка новых фармацевтических форм лекарственных соединений и материалов биомедицинского назначения» Института химии растворов имени Г.А. Крестова РАН изучают новую фармацевтическую соль рилузола. Рилузол – это препарат, которым лечат такое сложное и опасное заболевание, как боковой амиотрофический склероз, но не только. Научно доказано, что он обладает нейропротекторным действием, антидепрессантной активностью и проходит клинические испытания как противораковый.

«Мы исследовали фармацевтическую соль рилузола с салициловой кислотой, которая сама по себе является противовоспалительным соединением, - говорит старший научный сотрудник Института химии растворов Александр Воронин. – Мы создали три кристаллические формы, которые отличаются по структуре и свойствам, отработали способы получения для каждой из них и выяснили, как эти формы отличаются друг от друга и от чистого рилузола по растворимости и скорости растворения в воде».

Различные полиморфные формы ученые создают не просто так. Молекулы и соединения одни и те же, но они по-разному «упаковываются» в кристалле, атомы располагаются иначе, и это влияет на свойства полученных в итоге веществ. У них разная температура плавления, разная растворимость и скорость растворения.

Одна из форм показала максимально замедленное высвобождение рилузола. Таким образом, ее можно использовать для создания пролонгированной формы лекарственного препарата. Говоря простым языком, это значит, что пациенту не нужно будет принимать много таблеток. К примеру, вместо трехкратного приема на сутки достаточно одного, и действующее вещество будет медленно усваиваться организмом. Это позволит избежать пропуск препарата и способствовать более эффективному лечению целого спектра заболеваний.

С результатами исследования можно ознакомиться, перейдя по ссылке: https://link.springer.com/article/10.1007/s11095-025-03976-3.

Работа выполняется в рамках гранта Российского научного фонда. Грант по данному направлению был впервые получен в 2022 году. По результатам исследований финансирование продлено по причине большого потенциала развития темы на момент окончания срока реализации гранта. Работа по гранту продолжается в 2026 году.