Булавінець Т. О. Фотодинамічні властивості наноструктур в умовах плазмонного резонансу для біомедичних застосувань

Об’єкт дослідження – взаємодія електромагнітного випромінювання з металевими та метал-напівпровідниковими наноструктурами. Методи дослідження. Моделювання взаємодії електромагнітного випромінювання з плазмонними наноструктурами проведено за допомогою методів дипольної еквівалентності та дискретної дипольної апроксимації (ДДА). Характеризацію синтезованих наноструктур срібла та наносистем Ag/TiO2 та їх властивостей проведено за допомогою сучасних методів досліджень: спектрофотометрії; трансмісійної (ТЕМ) та скануючої (SEM) електронної мікроскопії; динамічного розсіювання світла (DLS); електрофоретичного розсіювання світла (ELS); термографії; а також, комплексу біохімічних методів згідно стандартних процедур дослідження. Наукова новизна результатів. Розширено наукові уявлення та знання про залежність оптичних параметрів металевих та метал-напівпровідникових наноструктур від їх морфології, форми та геометричних розмірів. Показано, що оптичний відгук наноструктур на основі Ag є найбільш чутливим до змін морфології та параметрів середовища, що дозволяє керувати їх оптичними параметрами та налаштовувати плазмонний резонанс на потрібний спектральний діапазон. Вперше визначено геометричні параметри наноструктур для ефективного використання для вибраних практичних застосувань. Удосконалено метод отримання стабільного біосумісного колоїду срібла за допомогою фотоіндукованого відновлення іонів срібла з водного розчину AgNO3 при кімнатній температурі при опроміненні лазером з довжиною хвилі 445 нм, причому в якості стабілізатора наночастинок використано цитрат натрію. Цей метод синтезу дозволяє отримувати наночастинки срібла як у вигляді колоїдного розчину, так і на поверхні напівпровідникових наноструктур у вигляді оболонки срібла керованої товщини. Вперше розроблено та виготовлено оригінальну установку радіального опромінення для модифікування просторових та оптичних параметрів наночастинок срібла під впливом світлових потоків потужних світлодіодів. Установка має систему тепловідведення та три ізольовані камери для опромінювання колоїдних розчинів наночастинок синім, зеленим та червоним випромінюванням. Показано, що тривале опромінювання колоїдів срібла призводить до модифікації геометричної форми і розмірів наночастинок та зміщення піків їх плазмонного поглинання по спектральній шкалі до ближнього ІЧ діапазону. Уточнено вплив геометричної форми та концентрації на ефективність генерації тепла наноструктурами срібла під дією лазерного випромінювання з довжинами хвиль 445 та 880 нм. Показано, що синтезовані трикутні нанопризми зі зміщеним оптичним поглинанням у ближню ІЧ область, порівняно зі сферичними наночастинками срібла, мають найбільшу ефективність генерації тепла як у повітрі, так і в біологічних середовищах. Встановлено, що наносистеми Ag/TiO2:C,S інтенсивно поглинають випромінювання всього видимого діапазону, проявляють високу фотокаталітичну дію та суттєво зменшують тривалість реакції фотодеградації органічних сполук під дією видимого світла. Практичне значення результатів дисертаційної роботи Отримані в роботі результати мають важливе значення для ряду прикладних застосувань у технологіях та засобах мікро- та наносистемної техніки. Вдосконалено спосіб отримання колоїду срібла за допомогою лазерного випромінювання видимого діапазону (445 нм) із водного розчину солі срібла та цитрату натрію, як стабілізуючого агента. Отримані наноструктури характеризуються високою стабільністю та чистотою. Новизну використаної технології підтверджено деклараційним патентом України на корисну модель № 131184 «Спосіб одержання розчину колоїдного срібла». Розроблений пристрій для простої модифікації морфології плазмонних наноструктур, на основі LED з різними довжинами хвиль випромінювання. Пристрій дозволяє модифікувати просторові параметри наночастинок срібла та змістити піки їх плазмонного поглинання до ближньої ІЧ області. Наноструктури срібла з модифікованими оптичними параметрами можуть активно використовуватися у окремих галузях біомедицини як бактерицидні та фунгіцидні агенти. Ефективність використання модифікованих наноструктур срібла в ендодонтії підтверджена відповідним актом впровадження. Отримані результати досліджень можуть бути використанні при вдосконаленні та виготовленні елементів та пристроїв мікро- та наносистемної техніки, зокрема сенсорної електроніки та мікроактуаторів. Окремі результати дисертаційних досліджень використовуються при виконанні науково-дослідної роботи «Наноструктуровані інтерфейси на основі нетоксичних матеріалів для прикладних застосувань» (ДБ/ІНТЕРФЕЙС № 0120U100675); у навчальному процесі для підготовки студентів спеціальності 153 «Мікро- та наносистемна техніка» та при виконанні бакалаврських та магістерських кваліфікаційних робіт студентів кафедри Фотоніки Національного університету «Львівська політехніка», що підтверджено відповідними актами.