В настоящее время ведется активная исследовательская деятельность по изучению свойств наноматериалов и возможности их применения в различных отраслях промышленности, в том числе в биомедицинской практике. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что при переходе в наноразмерное состояние происходит изменение ряда фундаментальных свойств вещества. Так, например, диоксид церия в нанокристаллическом состоянии характеризуется изменением кислородной нестехиометрии, связанной с образованием кислородных вакансий в кристаллической решетке вследствие увеличения поверхности кристалла и, как следствие, изменением валентного соотношения Се3+/Се4+ на поверхности наночастицы. Предполагается, что с этим явлением связана уникальная биологическая активность данного соединения – активное участие в окислительно-восстановительных процессах в живой клетке, особенно при инактивировании активных форм кислорода. Именно это свойство обуславливает широкий спектр возможных применений данного материала в биомедицинской практике, в частности, для терапии онкологических заболеваний (непосредственном ингибировании опухолей, редокс-терапии, в качестве радиопротекторов и радиомодфикаторов в лучевой терапии) и требует систематического исследования.
К настоящему времени практически отсутствуют исследования, посвященные изучению дефектов кристаллической решетки диоксида церия, определению валентного соотношения Се3+/Се4+, а также анализу условий синтеза наночастиц с целью управления данным параметром. Кроме того, новизна работы заключается в использовании уникальной установки НАНОБИМ-2, реализующей метод импульсного электронного испарения керамических оксидных мишеней с конденсацией паров испаряемого материала в вакууме или газе низкого давления. Необходимо отметить, что физический метод получения нанопорошков имеет ряд преимуществ (маленький размер наночастиц, высокая удельная поверхность, возможности управления синтезом). Кроме того, сильно неравновесные условия синтеза приводят к образованию высокодефектных структур, что может привести к увеличению соотношения Се3+/Се4+ и, как следствие, усилению степени их биологической активности.
Настоящий проект направлен на комплексное исследование электронной структуры наночастиц диоксида церия спектроскопическими методами с целью определения валентного содержания ионов церия на их поверхности, поиске и определении условий синтеза, влияющих на валентное соотношение Се3+/Се4+, и установление корреляции между физико-химическими свойствами наночастиц диоксида церия и их биологической активностью. В результате выполнения проекта будет разработана технология получения наночастиц диоксида церия с контролируемым валентным соотношением Се3+/Се4+. Возможность управления данным параметром позволит контролировать структуру наночастиц и, соответственно, проявляемую ими биологическую активность. Решение проблемы производства наночастиц с заданными воспроизводимыми «биологическими функциями» крайне важно для дальнейшей разработки на их основе фармацевтических препаратов.