В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Туребаевой Паны Даулетовны на тему «Синтез и исследование прекурсоров и самого бамбусурила и получение новых биокомпозитных материалов на его основе» по образовательной программе «8D05306 – Химия».
Диссертация выполнена на кафедре «Химии» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
Калугин Сергей Николаевич – д.х.н., профессор, профессор кафедры химии и технологии органических веществ, природных соединений и полимеров, Казахского национального университета имени аль-Фараби;
Аппазов Нұрбол Орынбасарұлы – к.х.н, профессор-исследователь Кызылординского университета им. Коркыт Ата.
Временные члены Диссертационного совета:
Павловский Виктор Иванович – д.х.н., профессор Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера Томского политехнического университета (г. Томск, Российская Федерация);
Научные консультанты:
Еркасов Рахметулла Шарапиденович – д.х.н., профессор, профессор кафедры химии НАО «Евразийский национальный университет им. Л. Н. Гумилева»
Бакибаев Абдигали Абдиманапович – д.х.н., профессор, ведущий научный сотрудник лаборатории органического синтеза Томского государственного университета, (Россия, г. Томск)
Защита состоится: 12 февраля 2025 года 15:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D053 – Физические и химические науки» по специальности «8D05306 – Химия» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в офлайн и онлайн формате.
Ссылка: https://shorturl.at/C77vr
Адрес: г. Астана, ул. К. Сатпаева, 2, ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, учебно-административный (главный) корпус, аудитория 302.
Аннотация (рус.): Общая характеристика работы. Диссертационная работа посвящена исследованию физико-химических свойств макромолекулы бамбус[6]урила и его прекурсоров, а также разработке методов получения биокомпозитных и наноматериалов модифицированных бамбус[6]урилом и изучению их свойств. Диссертационная работа представлена в форме серии статей, опубликованных докторантом согласно требованиям пункта 5–1 Правил присуждения степеней, утвержденных приказом Министра образования и науки Республики Казахстан от 31 марта 2011 года № 127 (зарегистрирован в Реестре государственной регистрации нормативных правовых актов под № 6951) с изменением, внесенным приказом Министра образования и науки РК от 30.04.2020 № 170 и в соответствии с приказом Министра образования и науки РК от 09.03.2021 №98, изменениями, внесенными и.о. Министра науки и высшего образования РК от 09.01.2023 года № 7. Актуальность работы. В современной эпохе персонализированной медицины существует потребность в разработке материалов для имплантатов, которая требует нахождения оптимальных компромиссов в отношении множества их характеристик. Эти характеристики включают состав, форму, структуру, механические свойства, биосовместимость, а также способность стимулировать рост сосудов или костей и обладать антимикробной активностью. Ранее никто не использовал супрамолекулярные соединения гликолурильного типа в качестве биоактивных молекул, наполняющих пористые материалы с целью повышения биосовместимости и стимулирования остеогенеза. Привлекательным веществом для насыщения поверхности является бамбус[6]урил, который способен инкапсулировать терапевтические агенты и пролонгированно высвобождать их под действием различных факторов. При этом в научной литературе отсутствуют данные об исследованиях, направленных на установление взаимосвязей структуры и свойств пористых скаффолдов, модифицированных бамбус[6]урилом. Химия бамбус[6]урила активно развивается, однако, по сей день остается много вопросов по изучению их надмолекулярных свойств. Известно, что бамбус[6]урил обладает свойствами «хозяин-гость», но до сих пор не изучена его пригодность для синтеза и стабилизации, металлических наночастиц, в частности, наночастиц серебра. Актуальным является проведение комплексных исследований влияния бамбус[6]урила на поверхность пористых материалов и на получение наночастиц серебра и определение их биомедицинских свойств. Такого рода исследования открывают многообещающий путь к разработке и созданию новых биокомпозитных материалов с заданными свойствами. Цель диссертационного исследования. Цель работы – синтез бамбус[6]урила и его прекурсоров, определение их свойств и разработка методов получения нано- и биокомпозитных материалов на основе бамбус[6]урила и исследование их биомедицинских свойств. Задачи: 1. Исследовать абсорбционную/десорбционную способность бамбус[6]урила по отношению к воде. 2. Установить влияние модификации серебром на физико-химические свойства бамбус[6]урила, исследовать антибактериальную активность и цитотоксичность полученного биоматериала. 3. Провести модификацию некоторых пористых материалов бамбус[6]урилом и исследовать их биомедицинские свойства. 4. Исследовать комплексообразование прекурсоров бамбус[6]урила – N-метилгликолурилов с нитратами ряда редкоземельных элементов. Объекты исследования – комплексы бамбус[6]урила с бактерицидными компонентами, пористые материалы на основе гидроксиаппатита и диатомита, модифицированные бамбус[6]урилом, комплексы N – метилгликолурилов (прекурсоров бамбусурила) с нитратами редкоземельных элементов. Научная новизна работы. 1. Впервые выполнены квантово - химические расчеты аквакомплексов бамбус[6]урила (Bu[6]) методом DFT с целью исследования возможностей для включения молекул воды в полость макроцикла. DFT расчеты показали, что связывание молекул воды с бамбус[6]урилом происходит посредством образования водородных связей экваториальных атомов водорода Bu[6] и атома кислорода молекул воды. Образование дигидрата энергетически выгоднее, чем связывание двух дополнительных молекул воды с образованием тетрагидрата BU[6]. Полученные расчетные данные согласуются с результатами кинетического эксперимента. 2. Впервые установлено, что введение ионов серебра Ag+ в бамбус[6]урил приводит к образованию наночастиц Bu[6]-Ag/AgCl с высокой антибактериальной активностью в отношении S. aureus и E. coli: средний диаметр зон подавления роста бактерий составил 17,5 мм для S. aureus и 17,4 мм – для E. coli. 3. Впервые были получены новые биокомпозиты на основе пористых скаффолдов (гидроксиапатит и диатомит) и бамбус[6]урила. Полученные композиционные материалы Bu[6] + HA, Bu[6] + IDA и Bu[6] + CDA были охарактеризованы с помощью ИК- спектроскопии и СЭМ, для них определен гемолитический эффект и адсорбция белка плазмы на поверхности. 4. Cинтезированы новые комплексные соединения N-метилгликолурилов – прекурсоров бамбусурила (N-монометилгликолурила, 2,4-N,N-диметилгликолурила, 2,6-N,N-диметилгликолурила, 2,4,6,8-N,N,N,N-тетраметилгликолурила) с гидратами нитратов трехвалентных редкоземельных элементов (лантана, церия, празеодима, неодима, самария, тербия, диспрозия, эрбия, иттербия). На основании результатов ИК-спектроскопии, установлено, что за счет особенностей строения метилгликолурилы склонны формировать биядерные комплексы с редкоземельными элементами с координированием через карбонильные группы мочевинных фрагментов. Основные положения диссертации, выносимые на защиту. 1. Воздействие на бамбус[6]урил аргоном, пропущенным через дистиллированную воду (скорость газового потока - 30 л/ч) приводит к абсорбции паров воды бамбус[6]урилом (Bu[6]) (константы скорости абсорбции и десорбции 0,166 мин−1 и 0,0221 мин−1 соответственно), при этом абсорбционная ёмкость бамбус[6]урила равна 4 молям воды на 1 моль Bu[6], что согласуется с результатами теоретических расчётов методом DFT. 2. Введение серебра Ag+ к бамбус[6]урилу при выбранных условиях (t – 30 мин., Т – 25 °С, растворитель – ДМСО/CHCl3) приводит к образованию наночастиц BU[6]-Ag/AgCl, появлению антибактериальной активности у бамбус[6]урила относительно грамотрицательной (E. coli) и грамположительной (S. aureus) микрофлоры и повышению его цитотоксичности относительно мононуклеаров. 3. Осаждение бамбус[6]урила с использованием погружного метода на поверхность пористых материалов: гидроксиапатита и диатомита, приводит к снижению адсорбции белков плазмы, уменьшению тромбогенности и увеличению гемосовместимости полученных биоматериалов. 4. Введение нитратов редкоземельных элементов к N-метилгликолурилам (прекурсорам бамбусурила) при выбранных условиях (t – 10 мин., Т – 25 °С, растворитель – ацетон) приводит к образованию комплексных соединений, при этом N -метилгликолурилы реализуют бидентатную, хелатирующую и мостиковую функции и склонны формировать биядерные комплексы с редкоземельными элементами с координированием через карбонильные группы мочевинных фрагментов. Практическая значимость работы. Получены новые результаты в области синтеза супрамолекулярных соединений, имеющих фундаментальное значение в области химии и материаловедения. Получены новые данные о влиянии бамбус[6]урила на биомедицинские свойства пористых неорганических материалов (скаффолдов). Практическая значимость состоит в том, что в данном диссертационном исследовании были разработан метод получения наночастиц на основе серебра и бамбус[6]урила, имеющих высокую антибактериальную активность в отношении грамположительной и грамотрицательной микрофлоры, которые могут быть использованы для различных биомедицинских целей. Также заключается в разработке метода осаждения бамбус[6]урила на пористые материалы на основе гидроксиапатита и диатомита. Результаты показали, что материалы, содержащие бамбус[6]урил на поверхности материала, не проявляют собственных антибактериальных и гемолитических эффектов, что дает надежную основу для их использования в качестве биосовместимых материалов. Полученные результаты являются многообещающей альтернативой для создания устойчивых и эффективных биокомпозитов, позволяющих в перспективе реализовать супрамолекулярные стратегии с участием, в подобных процессах, инкапсулированных бамбус[6]урилов. Личный вклад автора в диссертационное исследование заключается в анализе литературных источников, проведении экспериментальных и расчётных работ, интерпретации и обсуждении полученных экспериментальных результатов, а также в подготовке рукописей статей. Апробация работы. Основные положения, выводы и научные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных конференциях: Международная научно-практическая конференция «Актуальные направления развития науки и образования в области естествознания» (Алматы, 2022), The international scientific and technical online conference (Norway, 2024), ХII Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы естественных наук» (Петропавловск, 2024), International Scientific Conference «Modern scientific technology» (Stockholm, Sweden, 2024). Публикации. Основные результаты диссертационного исследования отражены в 10 опубликованных работах, из них 3 статьи в научных изданиях, входящих в первый и/или второй квартиль по импакт-фактору по данным Journal Citation Reports (Жорнал Цитэйшэн Репортс) компании Clarivate Analytics (Кларивэйт Аналитикс); 1 публикация в зарубежном научном издании, 6 работ в материалах республиканских и международных конференций. В статье Turebayeva, P.; Luchsheva, V.; Fedorishin, D.; Yerkassov, R.; Bakibaev, A.; Bolysbekova, S.; Tugambayeva, T.; Sergazina, S.; Nurmukhanbetova, N. Nanoparticles Based on Silver Chloride and Bambus[6]uril[6] for the Fine-Tuning of Biological Activity. Int. J. Mol. Sci. 2023, 24, 16126. соискатель является первым автором. Журнал «International Journal of Molecular Sciences» за 2023 год имеет Impact Factor равный 4,9, и имеет квартиль по биохимии и молекулярной биологии – Q1; по химии, мультидисциплинарной – Q2. Имеет за 2023 год CiteScore равный 8,1, процентиль по неорганической химии – 90; процентиль по органической химии – 87; процентиль по спектроскопии – 86; процентиль по физической и теоретической химии – 82; процентиль по приложениям в области компьютерных наук – 80; процентиль по молекулярной биологии – 70; процентиль по катализу – 65. Докторант участвовал в проведении экспериментов и интерпретации результатов, занимался подготовлением и оформлением оригинального проекта статьи. Кроме того, Туребаева П.Д. занималась оформлением статьи в соответствии с требованиями журнала. Докторант является первым автором в статье Turebayeva, P.; Guslyakov, A.N.; Novikova, S.A.; Khlebnikov, A.I.; Befus, E.A.; Meshcheryakov, E.P.; Bakibaev, A.A.; Kusepova, L.; Kassenova, N.; Sharipova, S.; et al. Absorption of Water Vapor by Bambus[6]uril and a Density Functional Theory Study of Its Aqua Complexes. Molecules 2023, 28, 7680. Журнал «Molecules» за 2023 год имеет Impact Factor равный 4,2, и квартиль по биохимии и молекулярной биологии, химии, мультидисциплинарной – Q2. Имеет CiteScore за 2023 год равный 7,4, процентиль по химии (разное) – 83; процентиль по органической химии – 81; процентиль по физической и теоретической химии – 80; процентиль по аналитической химии – 78; процентиль по фармацевтической науке – 81; процентиль по открытию наркотиков – 73; процентиль по молекулярной медицине – 68. В статье Zhumabayeva, G.; Turebayeva, P.; Ukhov, A.; Fedorishin, D.; Gubankov, A.; Luchsheva, V.; Kurzina, I.; Bakibaev, A.; et al. Development of Novel Composite Biocompatible Materials by Surface Modification of Porous Inorganic Compounds Using Bambus[6]Uril. Materials 2023, 16, 7257. докторант является автором-корреспондентом. Журнал «Materials» имеет Impact Factor за 2023 год равный 3,1 и квартиль по химии физической – Q3; по материаловедению, мультидисциплинарному – Q2; по металлургии и металлургическому машиностроению – Q1; по физике прикладной – Q2; по физике, конденсированному веществу – Q2. Имеет CiteScore за 2023 год равный 5,8, процентиль по физике конденсированного состояния – 73; процентиль по общему материаловедению – 67. Туребаева П.Д. принимала непосредственное участие в получении экспериментальных данных, обработке и интерпретации экспериментальных результатов, в написании выводов по эксперименту для оформления статьи. Соискатель также занималась подачей статьи в журнал, поддерживала контакт и вела переписку с редакцией журнала во время рецензирования и публикации статьи. Докторант принимал непосредственное участие в получении экспериментальных данных, обработке и интерпретации результатов для оформления материалов, и тезисов 6 докладов на республиканских и международных научных конференциях.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=V9QDCb8onLg
