Оренбургский государственный университет

Разработка лазерной технологии локального концентрирования фотоактивированных реагентов в структурах функциональных наносистем

Проект № 10-02-96021р_урал_а от 17.05.2012

Руководитель: д.ф.-м.н., профессор Кучеренко М.Г.

Проект направлен на решение фундаментальной проблемы лазерного управления молекулярными процессами в ультрадисперсных системах — локального концентрирования компонентов в нанореакторах. За отчетный период научной группой исполнителей проекта получены следующие результаты:

1. Исследована кинетика кросс-аннигиляции электронных возбуждений в наноячейках пористой матрицы в условиях диффузии малых молекул — носителей возбуждений и локализации на стенках пор других молекул — центров генерации возбуждений. Учитывались особенности миграции молекул кислорода в поле стенок сферической нанополости, процессы десорбции активированных носителей и корреляции в межчастичном распределении реагентов.
2. Проведен ряд вычислительных экспериментов методом молекулярной динамики (NAMD 2.7, CHARMM27), в которых исследовалось поведение макромолекулы, размещенной на поверхности сферической частицы из оксида алюминия (радиус около 4,65 нм) и фуллерена С720 (радиус около 1,3 нм) и формирования радиального профиля плотности звеньев для сравнения с используемыми аналитическими зависимостями.
3. Изучена диффузионная кинетика процесса кросс-аннигиляции электронных возбуждений молекул кислорода и триплетных возбуждений органического красителя, с учетом неоднородного характера распределения звеньев полимерной цепи на непроницаемой поверхности наночастицы цилиндрической и сферической формы.
4. Построена математическая модель влияния термодиффузии молекул кислорода на кинетику бимолекулярных процессов в коллоидных системах с дисперсными включениями различной формы, учитывающая неоднородный характер распределения звеньев полимерной цепи, радиальный диффузионный поток молекул активированного кислорода, а также термодиффузионный поток невозбужденных молекул O₂.
5. Обнаружены изменения кинетики кросс-аннигиляционной замедленной флуоресценции органических молекул при перестройке структуры полимерной цепи в нанополости твердого адсорбента. Исследовано влияние термодиффузии молекул кислорода на кинетику бимолекулярных процессов в структурированных средах с ячейками различной формы. В одном варианте рассмотренной математической модели исследован радиальный диффузионный поток молекул активированного кислорода, в другом — термодиффузионный поток невозбужденных молекул.
6. Разработан специальный вариант математической модели кинетики кросс-аннигиляции электронных возбуждений молекул кислорода и триплетных возбуждений органического красителя с учетом эффекта сегрегации молекул синглетного кислорода в сферических нанопорах с двуямным радиальным профилем потенциала и локализацией молекул сенсибилизатора на стенках поры.
7. Произведен расчет функции формы импульса кросс-аннигиляционной замедленной флуоресценции красителей в кислородсодержащих нанопористых материалах, на основе которой может быть получена информация не только о наличии молекул кислорода в порах и эффективности их миграции, но и о морфологии пористой среды и особенностях взаимодействия ее элементов с адсорбируемыми молекулами О₂.
8. Предложена математическая модель кинетики безызлучательной передачи энергии электронного возбуждения (Forster Resonace Energy Transfer — FRET) между молекулами, соединенными со сферической металлической наночастицей макромолекулярными линкерами. Показано, что в такой системе формируется сложный кинетический режим переноса энергии в результате локального плазмон-инициированного изменения скорости индуктивно-резонансного перехода для донор-акцепторных пар, образующих различные геометрические конфигурации с наноглобулой.