ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
В проекте будут созданы новые тканные и нетканые материалы на основе волокон, наполненных синтезированными в ходе проекта люминесцентными красителями, из наиболее востребованных при производстве текстиля полимеров, таких как полиэтилентерефталат, полиамид, полипропилен и полилактид. Полученные в ходе работы новые фундаментальные знания и выявленные закономерности позволят выработать научные принципы создания нового типа полимерных волокон со специальными свойствами и доказательно обосновать новые области его применения в таких важных областях как сельское хозяйство, медицина и спорт.
The project will create new woven and non-woven materials based on fibers, filled with fluorescent dyes synthesized during the project, from the most popular in the production of textiles polymers, such as polyethylene terephthalate, polyamide, polypropylene and polylactide. Obtained in the course of the work, new fundamental knowledge and the revealed patterns will make it possible to work out the scientific principles for creating a new type of polymer fibers with special properties and to prove the new areas of its application in such important areas as agriculture, medicine and sports.
1. Синтез новых, наработка и модификация известных красителей, излучающий свет в красном и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. 2. Результаты изучения оптических свойств полученных люминофоров методом абсорбционно-флуоресцентной спектроскопии в растворе и полимерной матрице. Изучение фотостабильности полученных полимерных композитов. 3. Изучение интенсивности люминесцентных свойств, полученных полимерных композиционных материалов на основе полипропилена в зависимости от концентрации люминофора, толщины материала и температуры его получения, при возбуждении солнечным излучением. 4. Получение люминесцентных полимерных волокон и различных нетканых материалов на основе полипропилена и люминофоров c различной концентрацией последних. 5. Результаты исследования реакции растений салата и капусты, выращиваемых под нетканым материалом на основе полипропилена (спанбонд) с введенными фотолюминофорами с целью получения достаточно заметного эффекта положительного влияния люминофоров с максимумом излучения в красной области спектра нм на ростовые и фотосинтетические параметры растений. 6. Результаты исследования стресс-устойчивости клеток лейкоцитов крови животных при УФ-повреждении клеточной ДНК при ФБМ от светодиодных матриц с λmax=660нм и с облучением модельным солнечным светом через светоконвертирующий текстиль, наполненный люминофором с максимумом излучения близким к 660 нм.
1. Разработаны новые органические люминофоры, эффективно излучающие свет в красном и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. Примеров люминофоров, эффективно излучающих в данных диапазонах, в том числе в чистом виде и полимерной, а тем более в сочетание с высокой фотостабильностью не так много в мире. Поэтому развитие области молекулярного дизайна в данном направлении, синтез и исследование подобных люминофоров является важным направлением для развития различных междисциплинарных направлений. 2. Изучение оптических свойств полученных люминофоров методом абсорбционно-флуоресцентной спектроскопии в растворе, чистом виде и полимерной матрице, позволило изучить оптические характеристики данных материалов. В результате были выявлены перспективные свойства ряда люминофоров, обладающие эффектом увеличения люминесценции при переходе от растворов к твердому состоянию в сочетание с высокими значениями квантового выхода люминесценции и рекордно большими величинами Стоксового сдвига. Изучение фотостабильности полученных полимерных композитов позволило отсеять неперспективные для дальнейшего молекулярного дизайна сочетания структурных блоков и архитектуру молекул. 3. Разработаны подходы к получению люминесцентных полимерных волокон и нетканых материалов на основе полипропилена или полилакитда и люминофоров (как органических так и неорганических) c различной концентрацией последних. Полученные знания и материалы являются новыми и будут важны для дальнейшего развития междисциплинарных направлений данного проекта. 4. Изучение интенсивности люминесцентных свойств, полученных полимерных композиционных материалов на основе полипропилена и полилактида в зависимости от концентрации люминофора, толщины материала и температуры его получения, позволило выявить оптимальные параметры для получения полимерных люминесцентных волокон. Полученные результаты станут основой для получения нетканого светопреобразующего материала на их основе. 5. Исследование реакции растений салата и капусты, выращиваемых под нетканым материалом на основе полипропилена (спанбонд) с введенными люминофорами выявило заметный положительный эффект, при введении люминофоров с максимумом излучения в красной области спектра на ростовые и фотосинтетические параметры растений. Такие важные параметры как накопление биомассы растений и скорость фотосинтеза были значительно увеличены. 6. Исследование стресс-устойчивости клеток лейкоцитов крови животных при УФ-повреждении клеточной ДНК при ФБМ от светодиодных матриц с λmax=660нм и с облучением модельным солнечным светом через светоконвертирующий текстиль, наполненный люминофором с максимумом излучения близким к 660 нм, позволило выявить, что красный люминесцентный свет обладает защитным действием, снижая вызванный УФ-излучением уровень повреждений ДНК в лейкоцитах крови мыши в среднем на 14% (p < 0.024) и 28% (p < 0.012) по сравнению с контролем, соответственно. Таким образом, наши эксперименты показывают, что воздействие даже слабого люминесцентного света способно индуцировать адаптивный ответ, в частности посредством дополнительной экспрессии и усиления активности систем репарации ДНК. 7. Таким образом, в ходе выполнения первого этапа проекта были разработаны основные подходы к получению люминесцентных волокон и текстиля на основе неорганических и органических люминофоров. Были получены первые знания и закономерности при использовании полипропилена и полилактида в качестве полимерной матрицы. 8. По результатам проекта опубликована 1 статья в журнале из Q1 (импакт-фактор ) 6.641 и 1 находится на рецензии в журнале из Q1 (импакт-фактор 3.561): 1. C.Y. Chang, A.N. Solodukhin, S.Y. Liao, K.P.O. Mahesh, C.L. Hsu, S.A. Ponomarenko, Yu. N. Luponosov, Yu-C. Chao “Perovskite white light-emitting diodes based on a molecular blend perovskite emissive layer”, Journal of Materials Chemistry, 2019, 7, 8634. 2. Robert N. Khramov, Vladimir D. Kreslavski, Evgeniya A. Svidchenko, Nikolay M. Surin, Anatoly A. Kosobryukhov. : Influence of photoluminophore modified agrotextilespunbond on growth and photosynthesis of cabbage and lettuce plants. Optics Express, 2019. Manuscript ID: 372956. TYPE: research article. Статья на рецензии.
грант РФФИ |
# | Сроки | Название |
1 | 8 октября 2018 г.-4 октября 2019 г. | Светопреобразующие полимерные волокна, тканые и нетканые материалы на их основе для живых систем в развитии концепции «Полезное Солнце» |
Результаты этапа: 1. Получены новые органические красители, эффективно излучающие свет в красном и ближнем инфракрасном диапазонах спектра. 2. Были получены люминесцентные полимерные волокна и нетканые материалы на основе полипропилена или полилакитда и люминофоров, c различной концентрацией последних. Полученные знания и материалы являются новыми и безусловно будут полезными для дальнейшего развития междисциплинарных направлений данного проекта. 3. Изучение оптических свойств полученных люминофоров методом абсорбционно-флуоресцентной спектроскопии в растворе и полимерной матрице, позволило изучить оптические характеристики данных материалов и оценить фотостабильность полученных полимерных композитов. В результате были выявлены перспективные свойства ряда люминофоров, обладающие эффектом увеличения люминесценции при переходе от растворов к твердому состоянию в сочетание высокими значениями квантового выхода люминесценции и рекордно большими величинами Стоксового сдвига. Изучение фотостабильности позволило выявить неперспективные для использования сочетания структурных блоков. 4. Изучение интенсивности люминесцентных свойств, полученных полимерных композиционных материалов на основе полипропилена и полилактида в зависимости от концентрации люминофора, толщины материала и температуры его получения, позволило выявить оптимальные параметры для получения полимерных люминесцентных волокон. 5. Исследование реакции растений салата и капусты, выращиваемых под нетканым материалом на основе полипропилена (спанбонд) с введенными люминофорами выявило заметный положительный эффект, при введении люминофоров с максимумом излучения в красной области спектра на ростовые и фотосинтетические параметры растений. 6. Исследование стресс-устойчивости клеток лейкоцитов крови животных при УФ-повреждении клеточной ДНК при ФБМ от светодиодных матриц с λmax=660нм и с облучением модельным солнечным светом через светоконвертирующий текстиль, наполненный люминофором с максимумом излучения близким к 660 нм, позволило выявить повышение стресс-устойчивости клеток. 7. Таким образом, в ходе выполнения первого этапа проекта были разработаны основные подходы к получению люминесцентных волокон и текстиля. В результате были получены первые знания и закономерности при использовании полипропилена и полилактида в качестве полимерной матрицы. | ||
2 | 18 ноября 2019 г.-13 ноября 2020 г. | Светопреобразующие полимерные волокна, тканые и нетканые материалы на их основе для живых систем в развитии концепции «Полезное Солнце» |
Результаты этапа: Ожидаемые результаты и их практическая значимость 1. С учетом анализа результатов 1-го года будут получены наработаны в достаточных количествах наиболее перспективные люминофоры, полученные на предыдущем этапе, излучающие свет с максимумом близким к 660 нм. Будут получены новые люминофоры совместимые с с полиамидом и излучающие свет в красном и/или ближнем инфракрасном диапазоне. Будет подобран коммерческий или синтезирован новый металлоорганический люминофор, излучающий свет в красном и/или ближнем ИК-диапазоне. 2. Будут получены полимерные пленки на основе различных полимерных матриц и новых органических люминофоров, а также металлорганического люминофора; 3. Будут получены полимерные композиты пленок на основе различных люминофоров и полиамида; 4. Будут получены нетканые материалы на основе полипропилена (спанбонда) и органического люминофора. 5. Будут получены нетканые материалы на основе органического люминофора с максимумом излучения близким к 660 нм и полилактида с меньшей толщиной и/или концентрацией люминофора по сравнению с материалом, полученным на первом этапе. 6. Будут получены нетканые материалы на основе полиамида и совместимого с ним люминофора. 7. Будут изучены оптические свойства полученных люминофоров методом абсорбционно-флуоресцентной спектроскопии в растворе, порошке и полимерной матрице. 8. Будут изучены люминесцентные свойства полученных полимерных пленок в зависимости от концентрации люминофора и толщины материала при возбуждении солнечным излучением или излучением моделирующим солнечное. 9. Будут изучена фотостабильность полученных полимерных композитов с люминофорами. В том числе будет изучено влияние химического строения полимерной матрицы на фотостабильность люминесцирующей композиции. Разработка методики оценки и фотостабильности люминесцирующих композиций на основе результатов абсорбционно-люминесцентных измерений и величины измеренной поглощенной дозы при облучении имитатором солнечного света. 10. Будет разработана методика оценки энергетического выхода люминесцирующих композиций на основе результатов абсорбционно-люминесцентных измерений. 11. Будет проведено исследование реакции растений салата и капусты на ростовые и фотосинтетические параметры, при выращивании под полученными на данном этапе светопреобразующими неткаными материалами с максимумами излучения в красной области спектра. 12. Будет проведено исследование реакции растений томата (фотосинтетическая активность, пигменты и ростовые параметры) выращиваемых под неткаными материалами с введенными в них органическими люминофорами с максимумом излучения близким к 660 нм. Будут использованы мутанты томата дефицитные по ключевым фитохромам А и В. Будут использованы растения в возрасте 20-45 дней. 13. Будет проведено исследование стресс-устойчивости клеток лейкоцитов крови животных при УФ-повреждении клеточной ДНК при ФБМ от светодиодных матриц с λmax=730 нм и с облучением модельным солнечным светом через светоконвертирующий текстиль, наполненный люминофором с максимумом излучения близким к 730 нм. 14. Будет проведен анализ полученных результатов. 15. Полученные в ходе выполнения этапов проекта результаты предполагается представить в виде публикаций в ведущих отечественных или зарубежных реферируемых журналах и тезисов на соответствующих профильных Конференциях и Симпозиумах. Результаты выполнения этапа За второй год выполнения проекта был проведен синтез новых органических люминофоров, обладающих эффективной люминесценцией в красном и ближнем инфракрасном спектральном диапазоне. Стоит отметить, что полученные люминофоры, обладают не только высокими значениями квантового выхода люминесценции, но и большими величинами стоксового сдвига. С целью сравнения был также получен металлоорганический люминофор, излучающий свет в красном спектральном диапазоне. Оптические свойства всех полученных органических люминофоров были исследованы методом абсорбционно-флуоресцентной спектроскопии в растворе, в чистом виде и полимерной матрице (полилактиде или полиламиде). Изучение люминесцентных свойств, полученных полимерных композиционных материалов в зависимости от концентрации люминофора и типа полимерной матрицы позволило вывить ряд закономерностей и определить оптимальные параметры для получения светопреобразующего нетканого материала на их основе. Исследование фотостабильности полученных композиций позволило выбрать те, которые сочетают эффективную люминесценцию с устойчивостью к солнечному свету. Для получения светопреобразующих нетканых материалов на основе полиамида и полилактида был использован метод электроформования из раствора. Для получения светопреобразующих нетканых материалов на основе полипропилена была использована оригинальная методика включающая нанесение органического или гибридного люминофора в виде тонкого слоя лака на основе полилактида на полипропиленовый спанбонд. Новые светопреобразующие нетканые материалы на основе полипропилена и полилактида с органическими или металлоорганическими люминофорами были использованы при изучении основных физиологических параметров растений. Было проведено сравнительное исследование функционирования фотосинтетического аппарата и динамики процессов роста у растений капусты белокочанной ранней сорт «Парел F1» и салата сорта «Кучерявец Одесский». Показано, что растения капусты под светопреобразующим покрытием из нетканого полипропиленового материала имели величины общей биомассы, скорости фотосинтеза и площади листьев выше, чем растения с обычным покрытием. Облучение лейкоцитов крови животных модельным солнечным светом от ксеноновой лампы через светоконвертирующий материал на основе полилактида и органического люминофора со спектральным максимумом излучения около 660 нм, оказало выраженный положительный эффект на стресс-устойчивость при УФ-индуцированном повреждении клеточной ДНК. Отсутствие ожидаемого защитного действия при использовании люминофора со спектральным максимумом излучения в области 730 нм может быть объяснено более низкой эффективностью люминесценции люминофора в этой области по сравнению с 660 нм. Результаты работы были представлены в виде приглашенного доклада на Восьмой Всероссийской Каргинской Конференции «Полимеры — 2020». По итогам выполнения второго этапа проекта опубликована одна статья (Dyes and Pigments, 2020 - журнал из Q1, IF = 4.613) и еще одна статья находится на стадии рецензии (Scientific Reports, 2020, - журнал из Q1, IF = 3.998). | ||
3 | 14 ноября 2020 г.-4 марта 2021 г. | Светопреобразующие полимерные волокна, тканые и нетканые материалы на их основе для живых систем в развитии концепции «Полезное Солнце» |
Результаты этапа: По итогам выполнения проекта были получены следующие конкретные научные результаты (это что обещали - надо проверить, поправить, добавить и написать в совершенном ): 1. Разработаны новые органические люминофоры, излучающие свет в красном и ближнем инфракрасном диапазонах спектра, отличающиеся высокой стабильностью, простотой синтеза, эффективной люминесценцией, хорошей растворимостью и др. 2. Все полученные новые люминофоры выделены в индивидуальном состоянии, а их химическое строение и высокая чистота будут доказаны комплексом современных физико-химических методов, включая ЯМР на ядрах 1H, 13C, элементный анализ и MALDI-TOF масс-спектрометрию. 3. Оптические свойства синтезированных люминофоров были изучены методом абсорбционной и люминесцентной спектроскопии, как в разбавленных растворах, так и в полимерных пленках («твердых растворах»). Для всех люминофоров определены молярные коэффициенты экстинкции и квантовые выходы люминесценции как в растворе, так и в чистом виде и различных полимерных матрицах (полсистирол, полилактид, полиамид, полиэтилентерефталат), изучена фотостабильность люминофоров. Была исследована интенсивность люминесцентных свойств полученных полимерных материалов в зависимости от концентрации люминофора и толщины материала, при условии возбуждения солнечным излучением. 4. Была изучена устойчивость люминесцентных свойств полученных полимерных материалов к высоким температурам, УФ излучению, перекиси водорода, а также к солнечному излучению в климатической камере и в естественных условиях. 5. Методом электроформования расплавов и/или растворов полимеров были получены нетканые композиционные материалы, содержащие синтезированные люминофоры. Условия формования будут оптимизированы в зависимости от типа используемой полимерной матрицы, а также свойств используемого люминофора и его содержания в композите. Полученные материалы были охарактеризованы с использованием комплекса современных физико-химических методов исследования. 6. Была сделана оценка, насколько введение люминофоров в волокна (спанбонд) в определенных концентрациях может быть целесообразно для ускорения роста и развития салата и капусты на начальных стадиях развития растений. 7. Были подобраны оптимальные условия для выращивания растений салата и капусты под свето-трансформирующими материалами. 8. Было выяснено положительное действие излучения полимерных материалов на основе люминофоров, оценен их эффект на фотосинтетические (первичные световые и вторичные, темновые) и ростовые процессы, насколько это действие зависит от содержания ключевых фитохромов и фитохромной системы в целом. 9. Было проведено испытание полученных в ходе проекта люминофоров на ростовые и фотосинтетические параметры растений салата для поиска оптимальных концентраций фотолюминофора. В результате была изучена возможная роль фитохрома, прежде всего фитохрома В регуляции фотосинтетических и ростовых процессов в условиях, когда действует дополнительный свет фотолюминофора очень низкой интенсивности с максимумом 660 нм. Прикладная значимость состоит в более правильном подборе длины волны, интенсивности излучения (концентрации) люминофора в сочетании с преимуществами агротекстиля. 10. Изучение фотобиомодуляции на организменном и клеточном уровнях позволило выявить позитивные адаптивные изменения стресс-устойчивости ДНК клеток к повреждениям. Подобные эксперименты со светопреобразующим текстилем были проведены впервые, и они позволили определить направления дальнейших исследований. 11. Были разработаны научные принципы создания нового вида синтетических волокон, тканых и нетканых материалов, излучающих свет в красном и инфракрасном диапазонах спектра – уникальных материалов с ценными свойствами для применения в сельском хозяйстве и др. 12. Результаты работ могут стать основой для дальнейшего выпуска в России продукции в виде текстильных волокнистых материалов со специальными свойствами для агробиотехнологий. 13. Были получены новые знания о влиянии различных параметров химической структуры люминофоров, их концентрации, квантового выхода люминесценции, растворимости и др. на свойства полимерных волокон на их основе. Комплексное изучение, соотнесение и сравнение свойств полученных волокнистых материалов друг с другом, позволило выявить основные элементы взаимосвязи структура – свойства для полученных систем, что дает возможность предсказывать свойства подобных материалов и конструировать их с заранее заданными параметрами, например, максимумом излучения и поглощения. 14. Полученные экспериментальные результаты были представлены в виде 6 научных статей, входящих в базы Web of Science и Scopus, причем более половина из них в высокорейтинговых журналах из 1-го квартиля (Q1), таких как Journal of Materials Chemistry C, Dyes and Pigments, Scientific Reports, Optical Materials Express, а также в виде многочисленных докладов (стендовых, устных и приглашенных) на соответствующих ведущих Конференциях и Симпозиумах. |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".