ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ПОЛИМЕРНЫЕ КОМПОЗИЦИИ, СОДЕРЖАЩИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫЙ ДИОКСИД ТИТАНА, И ИХ ПОТЕНЦИАЛЬНОЕ ПРИМЕНЕНИЕ (промежуточный отчет о выполнении проекта РНФ № 23-74-10069, этап 2)

В отчете представлены результаты исследований по реализации 2 этапа выполнения гранта Российского научного фонда № 23-74-10069. Разработаны биоразлагаемые фотоактивные композиты в виде пленок на основе хитозана и его смесей с сополимером крахмал-полиакриламид в едином растворителе, модифицированные наночастицами диоксида титана. Исследованы физико-механические свойства пленок хитозан-диоксид титана и хитозан-(крахмал-полиакриламид)-диоксид титана в зависимости от различных факторов: размера частиц диоксида титана, их концентрации, конформационного состояния макромолекул полимеров и содержания компонентов. Выявлены оптимальные составы композиций, обеспечивающих максимальные прочностные показатели полученных из них пленок. При УФ-воздействии на пленки хитозан-диоксид титана в них происходит одноэлектронный переход Ti(IV)+ e(-) → Ti(III), при этом их прочность возрастает, а деформация при разрыве снижается. Модификация хитозана наночастицами диоксида титана обеспечивает и повышение температуры стеклования и деструкции материалов. Для пленок исследованы гидрофобность, скорость пропускания водяного пара, определены содержание остаточной влаги, газопроницаемость по отношению к кислороду. Материалы являются биодеградируемыми и обладают антибактериальной активностью. Пленки хитозан-диоксид титана и хитозан-(крахмал-полиакриламид)-диоксид титана испытаны в качестве упаковки пищевых продуктов. Выявлено увеличение срока их хранения в 1,5 раза по сравнению с полиэтиленовой пленкой. Разработаны фотокаталитически активные материалы на основе наночастиц диоксида титана, модифицированного оксидом цинка и наночастицами меди, стабилизированные хитозаном. Установлено, что в присутствии разработанных систем происходит снижение концентрации метилового оранжевого в водном растворе за 30 минут при воздействии УФ- и видимого света на 99 и 98 %, соответственно. Полимеризационно-поликонденсационным методом впервые синтезированы оптически прозрачные органо-неорганические сополимеры, в которых наноструктурированный полититаноксид анатазной полиморфной модификации модифицирован наночастицами меди или оксида циркония. При УФ-воздействии на них происходит одноэлектронный переход Ti(IV)+ e(-) → Ti(III). Рассчитан его квантовый вход в сополимерах различного состава. Методом ЭПР-спектроскопии для сополимеров с оксидом циркония было выявлено, что этот процесс сопровождается генерированием активных форм кислорода. Установлено изменение ширины запрещенной зоны полититаноксида при его модификации наночастицами меди и оксидом циркония. Фотокаталитические свойства сополимеров были выявлены при разложении фенола и метилового оранжевого. Подтверждено снижение концентрации азо-красителя при воздействии УФ- и видимого света. Разработаны биосовместимые водные нанокомпозиции диоксид титана-наночастицы платины, стабилизированные привитым сополимером хитозан-поливинилпирролидон, способные генерировать синглетный кислород при воздействии УФ-света. Нанодисперсии являются перспективными для получения на их основе фотосенсибилизаторов для фотодинамической терапии. По результатам работы за первый год выполнения проекта подготовлено и направлено в печать несколько статей, однако в настоящее время они находятся на рассмотрении: 1. Apryatina K.V., Egorov I.A., Zaitsev S.D., Laptev G. Yu., Salomatina E. V. , Smirnova L. A. , Samodelkin A. G., V. G. Frolov. A Bioavailable Nanocomposition of Chitosan–Copper Nanoparticles as an Alternative to Antibiotics in Broiler Feed // Appl. Biochem. Microbiol. - 2025. - V. 61. - pp. 125–136. https://doi.org/10.1134/S0003683824604591. – Опубликована. В статье разработан метод получения наночастиц меди заданного размера, стабилизированных хитозаном. 2. Зарубин Д.М., Масленникова М.С., Смирнова Л.А., Саломатина Е.В., Петухов А.Н., Воротынцев А.В. Способ получение полимерных композиций для пищевой упаковки на основе крахмала, хитозана и частиц диоксида титана. Заявка на патент № 2024137496 от 12.12.2024 (2024). В настоящее время проходит экспертизу по существу. 3. Саломатина Е.В., Смирнова Л.А., Зайцев С.Д. Композиции на основе хитозана и крахмала, модифицированные наноструктурированным диоксидом титана, как альтернатива синтетическим упаковочным материалам // Химия растительного сырья. – направлена в печать в январе 2025 года. 4. Саломатина Е.В., Масленникова М.С., Фукина Д.Г., Зарубин Д.М., Смирнова О.Н., Смирнова Л.А. Получение и свойства пленочных материалов на основе крахмала и хитозана, модифицированных наночастицами диоксида титана // Перспективные материалы. – направлена в печать в апреле 2025 года. 5. Sundareva Yu.A., Dumina I.S., Salomatina E.V., Fukina D.G., Smirnova O.N., Kovylin R.S., Zarubin D.M., Bulanov E.N., Smirnova L.A. Development of photoactive biodegradable compositions based on and nanostructured titanium dioxide promising as food packaging films // Carbohydrate polymers. - направлена в печать в апреле 2025 года. 6. Salomatina E.V., Noskova A.S., Fukina D.G., Kozhanov K.S., Piskunov A.V., Elagin V.V., Smirnova L.A. Photocatalytic phenol decompsition in aqueous solutions in the presence of nanostructured poly(titanium oxide) modified by Ag nanoparticles stabilized by polymer matrices // Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. – направлена в печать в мае 2025 года. 7. Саломатина Е.В., Смирнова О.Н., Елагин В.В., Пискунов А.В., Смирнова Л.А. Фотоиндуцированные антибактериальные свойства хитозан-стабилизированных нанодисперсий диоксида титана, модифицированного наночастицами серебра // ЗАВОДСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ. ДИАГНОСТИКА МАТЕРИАЛОВ. - направлена в печать в мае 2025 года. Некоторые доклады о результатах выполнения проекта, представленные на конференции различного уровня, были удостоены диплома: 1. Диплом лауреата 1 степени Сундаревой Юлии Александровны за доклад на тему «Studying the effect of the nature of the solvent on the properties of chitosan films modified with titanium nanoparticles» на XVIII Международном конкурсе научно-исследовательских работ, проводимого Всероссийским обществом научных исследователей. 2. Диплом за лучший доклад в специальной номинации от компании ООО ПК «ЮСТ» Носковой Алены Сергеевны 3. Диплом лауреата 1 степени Масленниковой Маргариты Сергеевны за доклад на тему «PROPERTIES OF NANOCOMPOSITE MATERIALS BASED ON POLYSACCHARIDES» на XX Международном конкурсе научно-исследовательских работ, проводимого Всероссийским обществом научных исследователей.