Наноалмаз детонационного синтеза: химическое модифицирование, свойства и возможные применения тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

ии*»"

Карпухин Алексей Владимирович

НАНОАЛМАЗ ДЕТОНАЦИОННОГО СИНТЕЗА: ХИМИЧЕСКОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ, СВОЙСТВА И ВОЗМОЖНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ

02.00.04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

2 0 ГЕН 2012

Москва, 2012

005047232

Работа выполнена в лаборатории химии поверхности кафедры химии нефти и органического катализа Химического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель: кандидат химических наук, доцент

Кулакова Инна Ивановна

Научный консультант: кандидат биологических наук, ведущий научный сотруд-

ник Института биофизики клетки РАН, г. Пущино Сафронова Валентина Григорьевна

Официальные оппоненты: Чл.-корр. РАМН, доктор медицинских наук, профессор

Шимановский Николай Львович РНИМУ им. Н.И. Пирогова

доктор химических наук, ведущий научный сотрудник

Локтева Екатерина Сергеевна

Химический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный технологический

институт (технический университет)

Защита диссертации состоится «21» сентября 2012 г. в 15 час. 00 мин. на заседании Диссертационного Совета Д 501.001.90 по химическим наукам при МГУ имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 3, МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет, аудитория 446.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке МГУ имени М.В. Ломоносова по адресу: г. Москва, Ломоносовский проспект, д. 27.

Автореферат разослан «20» августа 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 501.001.90, ____

кандидат химических наук — М.С. Бобылева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Наноалмаз детонационного синтеза представляет собой особый тип алмазного материала, свойства которого определяются сочетанием химически стойкого и механически прочного алмазного ядра с лабильной оболочкой из функциональных групп. Наличие реакционно-способных групп на поверхности наноалмаза открывает широкие возможности химического модифицирования его поверхности и создания новых функциональных материалов для использования в различных областях, в том числе в биологии и медицине.

Поверхность промышленно выпускаемого наноалмаза полифункциональна. Для ее унифицирования обычно используют восстановительную обработку водородом при повышенных температурах. Для активации восстановленной поверхности в литературе описано несколько способов введения галогена, однако, сравнительной характеристики различных способов галогенирования, а также стабильности получающихся при этом модифицированных поверхностей наноалмаза в литературе нет.

В последнее время все чаще внимание исследователей привлекает также биологическая активность наноалмаза, который можно было бы использовать в биомедицине, например, для направленного транспорта лекарств. Несмотря на быстрорастущий объем публикуемой информации по наноалмазу в биомедицинском аспекте, в настоящее время практически нет работ, посвященных фундаментальному изучению таких вопросов как механизмы взаимодействия частиц наноалмаза с живой клеткой.

Целью настоящей работы было: исследование структуры и свойств химически модифицированного детонационного наноалмаза и возможностей его применения в сорбции и медицине.

Направление исследований

В рамках данной работы проводились исследования по следующим основным направлениям:

1. Исследование влияния состава и модифицирования поверхности на структуру первичных наноалмазных частиц.

2. Сравнение эффективности различных способов галогенирования наноалмаза.

3. Изучение структуры и физико-химических свойств наноструктуриро-ванного материала на основе наноалмаза (ND) и пористого дисперсного алмаза (PDD).

4. Исследование возможностей использования модифицированных ND и PDD в сорбции радионуклидов и ВЭЖХ.

5. Изучение влияния ND на активность клеток крови (нейтрофилов мыши и человека).

Научная новизна состоит в следующем:

1. Получены новые сведения о структуре первичных частиц ND, в том числе выявлено, что:

• при обработке водородом алмазное ядро не затрагивается, а толщина алмазной оболочки несколько увеличивается;

• в процессе модифицирования (через стадии восстановления, хлорирования и бутилирования) графитизации не наблюдается;

• примесь азота равномерно распределена по всему объему наноалмазной частицы.

2. Впервые проведено количественное сопоставление эффективности различных способов галогенирования поверхности ND.

3. Установлено, что химическое модифицирование поверхности наноал-маза диаминами, этиловым эфиром глицина, окислением смесью концентрированных кислот приводит к появлению устойчивой люминесценции.

4. Впервые использованы модифицированные ND и PDD для сорбции Tc04-, и показано, что степень сорбции зависит от модифицирования поверхности ND и PDD.

5. Впервые обнаружено явление респираторного взрыва живых иммунных клеток при воздействии на них наноалмаза и выявлена количественная зависимость выделения активных форм кислорода от концентрации суспензии ND. С использованием приобретенных люминесцентных свойств наноалмаза показано, что наноалмазные частицы проникают внутрь живой иммунной клетки.

Практическое значение работы

1. Полученные данные по сравнительному галогенированию поверхности и гидролитической стабильности галогенированного ND могут быть полезны для выбора методов дальнейшего химического модифицирования поверхности ND.

2. Модифицированный наноалмаз и его спеки могут применяться для сорбции радионуклидов.

3. Полученная в работе информация о люминесцентных свойствах окисленного наноалмаза позволяет использовать его для визуализации взаимодействия с живой клеткой.

Апробация работы

Основные результаты работы доложены на Joint International Conference «Nanocarbon and Nanodiamond - 2006» (St. Petersburg, 2006), 3rd International Symposium Detonation Nanodiamonds: Technology, Properties and Applications "Nanodiamond-2008" (St. Petersburg, 2008), 20th European Conference of diamond, diamond-like materials, carbon nanotubes and nitrides (Athens, 2009), XVIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии. Химия материалов, наноструктуры и нанотехнологии (Москва, 2007), 1st International summer school "Nano-materials and nanotechnologies in living systems" (Moscow Region, Stupinsky area, 2009), III и IV Всероссийских конференциях (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология» (Санкт-Петербург - Хилово, 2007, 2008), VIII Всероссийской конференции «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем» (Белгород, 2008), XIII Международной конференции по использованию

синхротронного излучения (Новосибирск, 2010), XIII и XIV Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов - 2006» и «Ломоносов - 2007» (Москва, 2006, 2007).

Публикации

По результатам диссертации опубликовано 16 работ, из них 5 статей (3 из которых из перечня ВАК) и 11 тезисов докладов.

Структура диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав (обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов), выводов, списка цитируемой литературы (155 источников) и приложений. Работа изложена на 112 страницах машинописного текста и включает 6 таблиц и 54 рисунка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении сформулированы цели и задачи работы, ее актуальность, научная новизна и практическая значимость.

Глава 1. Литературный обзор

Литературный обзор состоит из семи частей, в каждой из которых последовательно обсуждаются общие сведения о наноалмазе, его синтезе, строении частицы, химическом составе алмазной поверхности, особенностям химического модифицирования алмазной поверхности, сорбционным свойствам наноалма-зов, применении наноалмазов в биологии и медицине.

Глава 2. Экспериментальная часть

Первая часть содержит описание объектов исследования - наноалмазных материалов и биологического материала, которые применялись в работе. В качестве наноалмазных материалов изучались:

1. Наноалмаз детонационного синтеза марок УДА-СФ и УДА-ТАН производства ЗАО «Алмазный центр» (г. Санкт-Петербург), полученный в соответствии с ТУ 05121441-275-95 (порошок с размером агрегированных частиц <100 мкм). Величина Syj определена в работе методом БЭТ по низкотемпературной адсорбции азота и составила Sya=284±l м2/г (УДА-СФ) и с S„=296±l м2/г (УДА-ТАН).

2. Пористый дисперсный алмаз (PDD) производства «АЛИТ» (г. Киев, Украина), полученный путем спекания наноалмазов детонационного синтеза в условиях термодинамической стабильности алмаза (серый порошок с размером частиц 2-7 мкм, Sw=217±l м2/г).

3. Спеки ND, полученные в статических условиях во ВНИИАЛМАЗ (г. Москва) с 8Уд=6±1 м2/г.

4. Суспензия наноалмазного порошка с концентрацией вещества 10 г/л производства фирмы «PlasmaChem» (Германия). По данным производителя, размер частиц ND в ней составлет 4 нм.

Исследование влияния наноалмаза на иммунные клетки проведено на цельной (нефракционированной) периферической крови и вызванных перитоне-альных нейтрофилах мыши, а также на гранулоцитах, изолированных из периферической крови человека.

Во второй части приводятся методики химического модифицирования поверхности наноалмаза: гидрирование (Н2, 800°С, 5ч); фторирование (1 - Р2, 25°С, 48ч; 2 - плазма 8Р6, 25°С, 2,5ч); хлорирование (1 - С12/СС14, 1п>, 25°С, 10ч; 2 - плазма ССЦ, 25°С, 6ч); гидролиз галогенированных образцов (1 - воздух, 25°С, 72 ч; 2 - раствор ИаОН, 25°С, 2,5ч), модифицирование н-бутил и н-гексадециллитием (СдНдП, С^НззЬл, Аг, 1ч), модифицирование азотсодержащими соединениями (ЫНгСНгСООЕШа, Ру, 135°С, 20ч; С18Н37:ЫН2, С6Н5СН3, кип., 10ч; ЫН2СН2СН2Ш2, ДМСО, Ру, кип., 24ч; МН2(СН2)бЫН2, ДМСО, Ру, кип., 24ч), жидкофазное окисление (Н2804/НЫ03, кип.,10ч).

В третьей части приводятся методики подготовки биологических объектов (образцов крови и изолированных нейтрофилов мыши, изолированных клеток человека), методики оценки выживаемости клеток в присутствии наноалма-зов.

В четвертой части описаны использованные в работе методы исследования: ИК-спектроскопия, КР-спектроскопия, ЯМР-спектроскопия, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (РФЭС), рентгенофазовый анализ (РФА), электронная микроскопия, рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РФлА), лазерное динамическое светорассеяние, потенциометрическое титрование, термодесорбция, а также методы исследования живых клеток (регистрация хеми-люминесценции, конфокальная микроскопия).

Глава 3. Результаты и их обсуждение

3.1. Новые данные о составе и структуре химически модифицированных детонационных наноалмазов

Прежде всего, в работе было проверено, влияет ли химическое модифицирование на структуру наноалмазных частиц. На дифрактограмме (рис. 1) исходного N0 видны три пика, соответствующие дифракции от граней (111), (220) и (311). Как видно из рис. 1 графитовая фаза на дифрактограмме не проявляется.

Функционализация N0 позволяет регулировать физико-химические свойства его поверхности. Для успешного осуществления этого процесса необходимо работать с порошками, которые имеют на поверхности группы одного сорта. Одним из способов унификации поверхностных групп на алмазе является обработка водородом при повышенных температурах.

^ 240-1 х

° 200л"

О 160-X ш

5 12°1

80-

40-

10 30 50 70 90

20, град, (длина волны 1,54 А) Рис. 1. Дифракционная картина для исходного N0

Рентгеноструктурный анализ выполнен на основе экспериментальных дифракционных картин для ^модифицированного и восстановленного водородом наноалмаза. Картины регистрировались на дифрактометре высокого разрешения с использованием интенсивного синхротронного излучения в ИЯФ РАН СО РАН (г. Новосибирск). Интерпретацию полученных картин осуществляли сравнением экспериментальных и теоретических дифракционных картин. При этом теоретические картины рассчитывались, согласно компьютерному представлению о 3D наночастицах как молекулярных образованиях. В случае исходного наноалмаза (а =3.625 Ä) установлены их радиусы R,=30.97 Ä и R2~5.94Ä. В случае восстановленного водородом - радиусы R,'-30.97 Ä и R2'=6.96 Ä. При этом интенсивность картины восстановленного заметно превышала интенсивность исходного ND. На основании разницы величин R2=5.94 Ä и R2'=6.96 Ä и интенсивностей сравниваемых картин было показано, что восстановленные образцы были, действительно, гидрогенизованы. На рис. 2 дано отражение грани

Ранее методом дифракции электронов было установлено, что наноалмазная частица имеет размер ~5 нм, в то время как собственно размер алмазной фазы ~3 нм. Внешний слой в пределах ~1 нм представляет собой дефектную углеродную оболочку, на периферии которой находятся поверхностные функциональные группы. На дифракционной картине графита нет. Для изучаемого объекта мы зарегистрировали ра-мановские спектры (рис. 3). Анализ спектров комбинационного рассеяния показывает наличие в образцах пика, соответствующего sp3- углероду (1332 см"1), а также пика, соответствующего sp2-углероду (1640 см"'). Но можно ли связать этот пик с наличием графита? Обычно графит проявляется при 1580 см"1. Можно предположить, что проявляющийся при 1640 см"1 Бр"-углерод соответствовует углероду в составе различных функциональных групп.

Спектры комбинационного рассеяния показывают незначительные количества вр^гибридизованого углерода. Дополнительно были зарегистрированы твердотельные спектры 'Н-ЯМР и 13С-ЯМР. Спектр 'Н-ЯМР показал наличие на поверхности наноалмаза -ОН-групп, что и следовало ожидать. На полученном 13С-ЯМР спектре (рис. 4) хорошо виден пик с химическим сдвигом 35,23 м.д. Этот пик соответствует зр3-гибридному углероду. В области, соответствующей

20, град, (длина волны 1,54 А)

Рис. 2. Дифракционные картины для исходного и модифицированного N0

1 - рассчитанное значение для С159Н104,

2 - рассчитанное значение для N6,

3 - аддитивное сложение линий 1 и 2,

4 - экспериментальное значение для N0-11,

5 - дискретное отражение поликристаллического алмаза.

графиту (80 - 150 м.д.), сигналов нет. Однако, имеется слабый сигнал при 46 м.д., который соответствует sp~-гибридному атому углерода, связанному с атомами кислорода или азота.

5 1800г

0000

1100 1300 1500 1700

волновое число, см"

Рис. 3. КР-спектры наноалмаза:

1-хлорированного, 2 - гидрированного,

3 - исходного, 4 - фторированного,

5 - окисленного

140 120100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 Химический сдвиг, м.д.

Рис. 4. 13С-ЯМР -спектр наноалмаза

Обращает на себя внимание тот факт, что в исходных образцах ЫБ, изученных в нашей лаборатории как в этой работе, так и ранее (из Снежинска, Бий-ска), содержание азота сильно различается, тогда как после окислительной, и восстановительной обработки оно становится практически одинаковым. Так, в исходном N0 из Снежинска содержание азота было 2,3 масс. %, после же обработки воздухом или водородом оно стало 2,9 и 2,4 масс. %, соответственно. Очевидно, азот находится в N0 как в виде азотсодержащих функциональных групп, так и входит в состав примесных центров в кристаллическом алмазном ядре (как и в алмазах других типов). И при газофазной обработке удаляется именно азот функциональных групп, а в ядре частицы остается.

Действительно, спектр N в исходном наноалмазе представлен двумя сильно отличающимися по энергии компонентами: 399,3 и 402,5 эВ, при этом последняя компонента исчезает после восстановительной обработки. Пик 399,3 эВ с высокой вероятностью можно отнести к азоту в объеме наноалмазной ча-

Подтверждением того, что азот равномерно распределен по объему частицы N0 стал эксперимент по ступенчатому окислению N0 (с масс-спектрометрическим анализом выделяющихся продуктов окисления - СО? и Ы2), в котором было зафиксировано сим-батное выделение диоксида углерода и азота (рис. 5). Этот результат согласуется с приведенными выше данными элементного анализа и доказывает его равномерное распределение азота по объему частицы N0.

Рис. 5. Ступенчатое окисление наноалмаза в кислороде.

Как уже было сказано ранее, поверхность исходного N0 полифункциональна и содержит большое количество разнообразных функциональных групп, которые способствуют агрегации первичных частиц N0. Для микробиологических исследований необходимо иметь устойчивые дисперсии N0 с определенным размером агрегатов (менее 100 нм).

Для уменьшения размеров агрегатов N0 в водной суспензии использовали ультразвуковую обработку (УЗ). В качестве объекта исследования была выбрана 0,001% масс водная суспензия наноалмаза марки «УДА-ТАН». Суспензию N0 подвергали обработке в ультразвуковой ванне в течение различного времени, после чего с помощью центрифугирования (3000 об./мин, 15 мин) отделяли оставшиеся крупные частицы и регистрировали средний радиус частиц в гидрозоле через определенное время после центрифугирования. Полученные данные представлены в табл. 1.

УЗ обработка суспензии N0 приводит к некоторой дезагрегации частиц. Однако, обработка в течение 4 и 8 мин является недостаточной, т.к. устойчивой дисперсной системы не образуется, в растворе одновременно происходит агрегация мелких и седиментация крупных частиц. Через 12 мин обработки получается устойчивая в течение 5-6 ч суспензия.

Ранее в нашей лаборатории было показано, что при обработке поверхности Ж) молекулярным водородом при повышенной температуре (800°С, 5 ч) на ней образуется бифункциональный слой, состоящий преимущественно из С-Н и С-ОН групп. Гидрированный алмаз также был исследован на возможность дезагрегации под действием ультразвука. Полученные данные свидетельствуют, что УЗ обработка гидрированного N0 в течение 4-16 мин приводит не столько к ожидаемому разрушению агрегатов, сколько к агрегации частиц. Это может быть объяснено тем, что наличие С-ОН групп на поверхности N0 в водной среде приводит к образованию дополнительных водородных связей между отдельными частицами.

3.2. Модифицирование поверхности наноалмаза

Наибольший интерес с точки зрения химического модифицирования наноалмаза, а также и других алмазных материалов, представляют реакции, позволяющие проводить ковалентную прививку к поверхности за счет образования С-С связи между прививаемой группой и поверхностью, что обеспечивает формирование на поверхности прочно закрепленного слоя привитого соединения. Для повышения эффективности прививки важную роль играет монофункциона-лизация поверхности. Поэтому стратегия осуществления ковалентной прививки предусматривает в качестве необходимой стадии унифицирование поверхности наноалмаза. Для достижения этой цели часто используют обработку водородом.

Таблица 1. Размеры агрегатов N0 с немодифи-цированной поверхностью в зависимости от времени УЗ-обработки водной суспензии

Время УЗ-обработки Средний размер частиц, нм

1 ч Зч 5ч 7ч 120 ч

4 мин 246 142 186 156 360

8 мин 297 310 325 319 298

12 мнн 126 126 126 135 138

16 мин 167 169 166 176 206

без обраб. 672

Однако, поверхностные гидридные группы отличаются достаточно низкой реакционной способностью, и поэтому требуется дополнительная активация такой поверхности. Практичным и универсальным способом является электрофильная активация поверхности, заключающаяся в ее предварительном галогенирова-нии, в частности, фторировании и хлорировании, которое может быть осуществлено различными способами.

3.2.1. Галогенирование поверхности наноалмаза

До настоящего времени в литературе не было количественных оценок эффективности модифицирования галогенами по различным методикам. Поэтому в данной работе использовались два галогена - С1 и Р, которые вводились на поверхность наноалмаза различными способами. Хлорирование N0 было выполнено двумя способами: жидкофазно молекулярным хлором и в плазме СС14. Методом рентгеновской флуоресценции было установлено, что введение хлора на поверхность восстановленного наноалмаза радикальным фотохимическим хлорированием в жидкой фазе позволяет достичь концентрации хлора в образце до 12,0 % ат. (3,8% масс). Хлорирование в плазме позволило достичь на поверхности лишь 8,7% ат. хлора (РФлА), т.е. хлорирование в плазме оказалось менее эффективным. Таким образом, максимальная поверхностная концентрация хлора, которую нам удалось достичь в указанных условиях, составляет 12,0% ат.

Полученные образцы были исследованы методом сканирующей электронной микроскопии, данные которой свидетельствуют о дезагрегации порошка N0 в ходе жидкофазного хлорирования.

При хлорировании в плазме ССЦ, как и при жидкофазном хлорировании, происходит интенсивное разрушение крупных агрегатов N0 (ср. рис. 6а и 66). Присутствуют агрегаты средних размеров, но их количество достаточно мало, а крупных нет совсем.

Рис. 6. Микрофотографии (СЭМ) образцов наноалмаза. а - исходный, б в - фторированный.

хлорированный,

Диаметр, нм

Рис. 7. Распределение частиц по размеру в суспензии N0, хлорированного в плазме СОЦ.

Следует отметить тот факт, что при смывании водой остатков хлорированного наноалмаза со стенок реактора, образуются устойчивые суспензии с рН=5. Диаметр большинства частиц, определенный методом динамического лазерного светорассеяния, в суспензии составил 70 нм при исследовании через месяц (рис. 7) после синтеза и 180 нм спустя 9 месяцев. Распределение частиц по размеру узкое.

Фторирование поверхности N0 осуществлялось также двумя способами: молекулярным фтором и в плазме 8Р6. Поскольку метод РФлА не чувствителен для фтора, количественные данные о его прививке к поверхности N0 получали методом РФЭС. Концентрация фтора на поверхности составила 12,6% ат. и 14,5% ат. соответственно. На рис. 8 представлены спектры РФЭС для фторированного N0. Как видно из представленных спектров, способ фторирования поверхности N0 влияет на природу образующихся фторсодержащих групп.

С-Р

а б

Рис. 8. РФЭС спектры фторированного газофазно (а) и в плазме (б) N0.

При обработке фтором образца наноалмаза также как и после его хлорирования происходит заметная дезагрегация частиц (ср. рис. 6а и бе). Но, тем не менее, остаются достаточно большие агрегаты, которые не разрушились во время синтеза. На поверхности фторированных зерен N0 нет налипших мелких алмазных частиц, что может объясняться их сильным электростатическим отталкиванием за счет фторсодержащих групп на поверхности. Сам фторированный N0 совершенно не смачивается водой.

Таким образом, галогенирование ЫБ достаточно успешно можно применять для дезагрегации частиц, которое необходимо для дальнейшего модифицирования и применения ЫЭ в различных сферах техники и медицины.

Полученные хлорированные и фторированные образцы N0 были исследованы методом ИК спектроскопии. Полосы, соответствующие привитым хлор-и фтор-группам, имеют низкую интенсивность, экранируются полосами поглощения других групп, и мы не смогли их идентифицировать в полученных спектрах. Однако, о протекании на поверхности реакций замещения атомов водорода на галоген можно было судить по уменьшению интенсивностей поглощения полос при 2800-3000 см"1, отвечающих валентным колебаниям С-Н групп. Кроме того, РФЭС спектры свидетельствуют, что присутствующие галогены связаны с углеродом.

3.2.2. Гидролитическая стабильность галогенированных образцов А®

Полученные хлорированные и фторированные образцы N0 были исследованы на гидролитическую стабильность связей Ы0-На1 в щелочной среде и на воздухе (см. табл. 2). Из представленных данных следует, что связь Ж>-С1 на воздухе постепенно разрушается, тогда как в Ь'О-Р слой Р-групп оказался устойчивым даже в течение 2,5 месяцев.

Раствор щелочи оказался достаточно сильным агентом, и через 2,5 ч при комнатной температуре содержание галогена в образцах уменьшилось практически

в 3 раза. Кроме этого, количество привитых к поверхности N0 атомов фтора превышает количество атомов хлора, что может быть благоприятно для проведения реакций ковалентной прививки на фторированной поверхности наноалмаза.

3.2.3. Создание связи С-1У на поверхности наноалмаза Для сравнения реакционной способности полученных галогенированных образцов были проведены реакции взаимодействия с соединениями, содержащими ТЧНг-группы, которые входят в состав ряда биологических молекул. Так, в качестве такого прививаемого соединения был взят глицин. Поскольку молекула глицина имеет две функциональные группы, которые могут взаимодействовать с поверхностью Ы0-На1, то для того, чтобы обеспечивать создание С-Ы связи, карбоксильную группу блокировали путем образования этилового эфира глицина.

В ходе синтеза порошок наноалмаза, модифицированный этиловым эфиром глицина потемнел, что может свидетельствовать об уменьшении размеров агрегатов исходных частиц N0.

Из приведенных в табл. 3 данных видно, что количество азота и кислорода на поверхности N0 после модифицирования этиловым эфиром глицина сильно возрастает по сравнению с исходным образцом. Это свидетельствует о прививке глицина к поверхности наноалмаза.

Таблица. 2. Гидролитическая стабильность _галогенированного N0_

Обработка Содержание галогена на поверхности N0, ат. %

С1 Р

После молекулярного га-логенирования 12,0 14,5

Экспозиция на воздухе 10,0 (3 сут) 14,5 (75 сут)

Обработка 0,05 М раствором N8011 4,0 (2,5 ч) 4,5 (2,5 ч)

Таблица 3. Химический состав поверхности исходного N0 и N0 после модифицирования этиловым эфиром глицина (по данным РФЭС)

Образец Содержание элементов, ат. %

С 0 N

Исходный 91,3 8,7 1

ИО-эт. эфир глицина 78,2 13,4 8,4

Рис. 9. ИК спектры диффузного отражения N0: 1 - исходного, 2 - восстановленного водородом, 3-е привитым к поверхности этиловым эфиром глицина.

В ИК спектре N1) с привитым этиловым эфиром глицина (рис. 9) появляется полоса поглощения 3088 см"1, соответствующая колебаниям И-Н связи в монозамещенных аминах. В ИК спектре самого глицина, такая полоса, конечно, отсутствует.

N0 с привитым этиловым эфиром глицина под действием лазера сильно люминесцирует, поэтому регистрируемая интенсивность в условиях съемки КР спектра в 120 раз выше, чем характерная для исходного образца ИБ. КР спектры модифицированного ЬГО-НаІ этиловым эфиром глицина, гексаметилендиамином и этилендиамином и представлены на рис. 10.

Рис.10. КР спектры N0: а - исходного (1тах= 25), б - модифицированного этиловым эфиром глицина (1„ах= 3000), в - модифицированного этилендиамином.

Был проведен РФЭС анализ для фторированного наноалмаза с привитым гексаметилендиамином: С - 91% ат., О - 7,2% ат., N - 1,7% ат. Столь малое содержание азота указывает на то, что гексаметилендиамин плохо прививался к поверхности.

Данные ИК спектроскопии (рис. 11), свидетельствуют, что относительное увеличение интенсивности полос 2927 и 2857 см"1 чможет объясняться увеличением количества С-Н групп на поверхности наноалмаза. Также присутствует

характерная для аминов в области 1200-1500 см"1 группа полос, однако поглощение характерное для вторичных аминов в области 3100-3300 см"1, не наблюдается. ИК спектр привитого гексаме-тилендиамина на хлорированном образце наноалмаза имеет точно такой же вид, как спектр 2 на рис. 11.

4000

3000

2000 1000

волновое число, см

Рис. 11. ИК спектры УДА-ТАН: 1 - фторированный НА; 2 - фторированный НА с привитым гексаметилендиамином.

По данным РФЭС следует, что при прививке этилендиамина к хлорированному наналмазу количество хлора на поверхности снижается с 8,7% ат. до < 3% ат., а азота увеличивается до 2,9% ат. При прививке этилендиамина к фторированному образцу количество фтора на поверхности снижается с 14,5% ат. до 4,4% ат., при этом концентрация азота становится равной 3,5% ат. Сопоставление исходного соотношения атомов фтора и хлора на образцах НА (1,66:1) и

соотношения атомов азота на этих образцах после прививки этилендиамина (1,2:1) позволяет сделать вывод, что связь С-С1 оказывается более реакционно-способной, чем С-Р.

КР спектр N0 с привитым этилендиамином приведен на рис. 9г, из которого следует, что образец обладает сильной люминесценцией (по сравнению с исходным примерно в 60 раз интенсивнее), что свидетельствует о прививке этилендиамина к фторированной поверхности наноалмаза.

3.2.4. Жидкофазное окисление наноалмаза

Жидкофазное окисление поверхности N0 проводилось смесью концентрированных серной и азотной кислот в соотношении 4:1. Предполагалось, что это позволит сформировать слой карбоксильных групп, которые впоследствии могут быть использованы для дальнейшего синтеза привитых поверхностных соединений. Об изменении химического состояния поверхности образца N0 свидетельствуют ИК спектры (рис. 12) Видно, что в спектре исходного наноалмаза проявляется очень интенсивная полоса с максимумом 1384 см"', которая, очевидно, обусловлена колебаниями ИОз" группы. Также присутствует широкая полоса 3154 см"1, которая может быть обусловлена колебаниями вторичных аминогрупп на поверхности алмаза, появившихся в результате аммонолиза, которому был подвергнут N0 при промышленной очистке. Проявляются слабые полосы поглощения при 2919 см"1 и 2857 см"1, соответствующие валентным колебаниям групп С-Н при .у/г'-атоме углерода. В ИК-спектре окисленного наноалмаза (спектр 2) полоса 1384 см"1 исчезает, наблюдается уменьшение интенсивности полос, соответствующих колебаниям групп С-Н. Возрастает интенсивность полосы 1766 см"1, обусловленной колебаниями карбонильной группы. Все это свидетельствует об окислении алмазной поверхности.

Рис. 12. ИК спектры N0:

1 - исходного,

2 - модифицированного смесью кислот.

Рис.13. Спектр люминесценции окисленного N0. Флуоресценцию возбуждали на длине волны 488 нм при помощи аргонового лазера.

КР спектр окисленного N0 (рис. 3, спектр 5) характеризуется на порядок большей интенсивностью, чем исходного, и имеет необычную форму. Это свидетельствует о его люминесцентных свойствах.

Действительно, окисленный ЫБ люминесцирует в области 450-650 нм с максимумом при 520 нм (рис. 13). Характерно, что его люминесценция сохраняет высокую стабильную интенсивность в течение всего времени наблюдения (до

2 часов), что выгодно отличает его от менее стойких люминесцентных зондов, используемых в биологических исследованиях.

Водная суспензия окисленного ИБ содержала агрегаты со средним размером 600 нм. После ультразвуковой обработки размер частиц уменьшался, их распределение по размеру становилось значительно уже (180-250 нм).

Для количественного определения содержания кислородсодержащих групп на поверхности мы воспользовались обратным кислотно-основным по-тенциометрическим титрованием. Как оказалось, окислительная обработка, проведенная в описанных условиях, не привела к увеличению титруемых щелочью групп (0,0005 М), но привела к изменению их характера и, возможно, поменяла морфологию поверхности.

Люминесценцию данного образца мы использовали в дальнейшем для визуализации поведения N0 внутри живой клетки.

3.2.5. Модифицирование наноструктурных материалов на основе наноалмаза.

С целью получения устойчивого в различных средах наноалмазного сорбента с гидрофобной поверхностью (что могло бы быть полезным при применении его, например, в качестве сорбента для ВЭЖХ, который мог бы работать в щелочной среде), было проведено модифицирование РББ Ы-органическим веществом по следующей схеме:

С]6Н33С1 + 21л -С16Н331л + ЫС1

С1 С16н33

^Сч с,6н„и!2ч

^ 4 гексан. EtjO ^ ^ v

Поверхность PDD * Поверхность PDD

Контроль за протеканием реакции вели с помощью метода ИК-спектроскопии. Полученный спектр представлен на рис. 14.

0,9

|0,8 с

о 0,7 0,6 0.5

0,4--- J----- --------------- | 0,4

0,3 А й |о,з -1-\\\\ I 1 IV 7" Iа2

— t----чЛмЧ. 2 ---------ft Ui /-----

0.1--Л--—dl / ГЧ7-

ND-Hal + Ci8H35-NH2 4

ND-NH-C18H35 + H-Hal

2000 1000 , волновое число, CM"

4000

3000

2000 1000

волновое число, CM

Рис. 14. ИК спектры исходного (1) и с привитым гексадецильным радикалом (2) PDD.

Рис. 15. ИК-спектр PDD с привитым к поверхности октадециламином.

Судя по спектру, прививка прошла успешно. Об этом свидетельствует сильное увеличение интенсивности полос, отвечающих колебаниям С-Н связей в области 2850-3000 см"'. Поскольку количество привившегося радикала -Ci6H33 оценить по ИК спектру невозможно, такую оценку сделали по убыли в ходе реакции привитого к поверхности хлора (до реакции - 2,23% масс, после реакции -0,52% масс).

Для получения гидрофобного слоя к поверхности PDD также был привит октадециламин. Контроль за протеканием реакции вели с помощью метода ИК-спектроскопии. Спектр полученного PDD представлен на рис. 15.

3.3. Сорбционные свойства наноалмазных материалов

3.3.1. Применение наноалмазных материалов для сорбции Тс (VII)

Технеций - продукт ядерного синтеза, и его переработка часто происходит в радиационных условиях. Большинство обычных ионообменников, которые используются в настоящее время для сорбции технеция, не в состоянии длительно работать в таких условиях. В этом случае можно было бы использовать радиационно стойкий, с хорошими сорбционными качествами наноалмазный материал.

Сорбция Тс (VII) изучена на шести образцах модифицированного ND и PDD, которые были испытаны в сорбции Тс (VII) из водных растворов. На рис. 16 представлены количественные данные по сорбции технеция различными образцами ND и PDD.

Таким образом, при использовании ND и PDD достигается высокая эффективность сорбции технеция (VII) в водных и азотнокислых растворах, причем модифицирование водородом влияет на величину сорбции в сторону большей эффективности.

3.3.2. Возможное применение PDD в ВЭЖХ

Ранее в работах нашей лаборатории было показано, что PDD обладает привлекательными сорбционными характеристиками для использования его в хроматографии. Показано, что восстановленный PDD имеет на поверхности два типа адсорбционных центров, а на поверхности с привитыми гексадецильными радикалами проявляется один тип, и установлено, что привитой слой радикалов С16Н33 стабилен в щелочной среде, что, без сомнения, еще раз подчеркивает уникальность и перспективность PDD в качестве сорбента для ВЭЖХ. Наряду с

6 1 2 3 4 5 6

Рис. 16. Распределение коэффициентов сорбции технеция модифицированным НА: 1 - РЭОисх, 2-РОБ->Ш-С|8НЗ7,

3 - Шисх,

4 - ЫО-Н,

5 - ЫО-Ох (окисленный воздухом при 450 С),

6 — ЫБ-Ох (окисленный смесью серной и азотной кислот).

этими сведениями в литературе описан положительный опыт использования РББ в ионной хроматографии.

Литературные данные об изменении сорбционных и хроматографических свойств РОЭ в результате модифицирования и его стойкости в щелочных средах вселили надежду на создание новых сорбентов для ВЭЖХ. Полученные нами предварительные данные показали, что, действительно, на немодифициро-ванном РБО разделяются смеси различных органических соединений (рис. 17).

Рис. 17. Разделение смесей органических веществ на исходном Р£)0 методом ВЭЖХ: а -РЮН, РЬСОСНз, РЫЧ02, С6Н6 и РЬСНз (подвижная фаза - 10% водный раствор ацетонитрила), б - ксилола и нафталина (подвижная фаза - 0,5% раствор изопропилового спират в изооктане), в - ксилола и нафталина (подвижная фаза - изооктан).

Однако, при заполнении хроматографической колонки суспензионным методом возникает значительный рост ее сопротивления, что приводит к сильному повышению давления в системе. При изучении морфологии частиц РБО, было установлено, что основной причиной этого является непрочность наноал-мазных спеков, их «рыхлость», что хорошо видно на микрофотографиях с просвечивающего микроскопа высокого разрешения (рис. 18)._

Рис. 18. ПЭМ-изображения РОБ (а) и наноалмазного спёка (б).

Коммерческие образцы РОБ состоят преимущественно из микронных частиц (1-2 мкм, 2-4 мкм и 4-6 мкм в зависимости от фракции), однако помимо крупных частиц, в них много наноалмазной «пыли» - мелких частиц с размерами 100-600 нм, которых не должно быть в сорбенте. Для разделения РОП по размерам было использовано седиментационное фракционирование в дистиллированной воде. В эксперименте использовалась фракция 2-4 мкм. В результате многократной отмывки крупных частиц от мелких, была получена чистая фрак-

ция микронных РБО. Контроль за разделением вели с помощью просвечивающей электронной микроскопии, причем РОБ на полимерную сеточку для микроскопа наносили как из водной суспензии образца, так и сухим способом (рис. 19).

Рис. 19. ПЭМ-изображения образцов PDD: а) - до фракционирования, б) - после фракционирования без растирания перед нанесением на сеточку, в) - после фракционирования с предварительным растиранием перед нанесением на сеточку.

Как видно из рис. 19 при нанесении PDD в виде порошка помимо крупных агрегатов наблюдается присутствие значительного количества мелких частиц. Это связано с тем, что при приготовлении образца сухим способом для того, чтобы PDD лежал в одной плоскости, проводится его механическое растирание между листами фильтровальной бумажки. Видимо, именно это приводит к появлению мелких частиц.

Чтобы ускорить очистку крупных зерен PDD от налипшей на них мелочи мы использовали ультразвуковую обработку. Однако, в этом случае фракционирование происходит значительно хуже - частицы осаждаются медленнее, для достижения нужной фракции необходимо большее количество седиментаций), нежели седиментационное разделение без ультразвука. Это также служит свидетельством непрочности зерен PDD.

Кроме этого, дезагрегация наноалмазных спеков наблюдалась и при химическом модифицировании их поверхности. И, если в ходе восстановительной обработки и хлорирования разрушение микронных агрегатов PDD незначительно, то при модифицировании с использованием Li-органического модификатора, крупные частицы PDD практически все разрушаются до менее крупных (рис. 20).

Видимо, разрушение зерен связано с экзотермичностью реакции. Чтобы проверить это предположение мы провели модифицирование поверхности PDD октадециламином. Эта реакция протекает с меньшим выделением энергии, однако, и она привела к дезагрегации зерен PDD и полученный сорбент опять-таки оказался непригодным в силу своей непрочности.

В процессе проведения хроматографического разделения веществ микронные частицы PDD, которыми заполнена колонка, также разрушаются. Это, как мы предполагаем, может быть связано с использованием высоких давлений, накладываемых в ходе процесса.

Рис. 20. ПЭМ-изображения PDD: а) - PDD-H, б) PDD-CI, в) PDD-Ci6H33.

Исходя из описанного выше, можно сделать вывод о том, что для использования спеченного наноагтмаза в ВЭЖХ, он должен быть более механически прочным. Этого можно добиться, например, сокращением в нем количества пор, однако, в разумных пределах, поскольку это, безусловно, приведет к уменьшению площади удельной поверхности.

Таким образом показано, что при фракционировании и модифицировании происходит разрушение зерен PDD, что делает его непригодным при создании сорбентов для ВЭЖХ.

□ 20 мин Е] 60 мин

□ 120 мин

□ 720 мин

3.4. Биологическая совместимость наноалмаза

Для оценки возможности использования N0 в качестве транспортировщика лекарств в живом организме необходимо понимать, как он влияет на живые клетки, является ли для них безопасным.

- ^ □ го мин По зависимости выживаемо-

л., сти изолированных нейтрофилов от

концентрации N0 (рис. 21) видно, что длительная (от 20 мин до 2 ч) инкубация клеток в присутствии N0 в низких концентрациями (0,1 г/л и менее) незначительно влияет на выживаемость клеток. Однако НА в концентрациях 1,0-10 г/л вызывали гибель почти 40% клеток. В последующем для исследования зависимого от концентрации действия N0 мы выбрали короткий промежуток времени (10 мин).

ÉL

Рис. 21. Выживаемость клеток при совместной инкубации нейтрофилов с НА.

Добавление суспензии N0 (РквтаСЬет) к цельной крови мыши не влияло на интенсивность генерации активных форм кислорода (АФК). В то же время уровень продукции АФК, активированного опсонизированным зимозаном (02), снижался при преинкубации крови с N0 в течение 5 мин (рис. 22). Наблюдаемый эффект слабо зависел от концентрации ЫБ в пробе. Мы предполагаем, что это может быть связано с адсорбцией белков плазмы крови на поверхности частиц N0.

2.1

Концентрация N0, г?л Рис. 22. Действие N0 на продукцию АФК в цельной крови мыши, вызванную опсонизи-рованным зимозаном. * - р<0.02, п=4.

О 200 400 бОО 8СЮ 1000 12ОО 1400 1600 1800 2000

ВРЕМЯ, сек.

Рис. 23. Влияние N0 на кинетику спонтанного выделения АФК изолированными нейтрофилами мыши

£<100 2.§

5 ^

то О і X О. -

г

Концентрация N0, гУл

Рис. 24. Вызванная совместным действием 01 и N0 продукция АФК изолированными нейтрофилами мыши. * -р<0.001, п=4.

Концентрация N0, г/л

Рис. 25. Вызванная совместным действием ШХГ и мв продукция АФК изолированными нейтрофилами мыши. *-р<0.01, п=4.

Добавление N0 к изолированным нейтрофилам мыши инициировало продукцию АФК (рис. 23). Реакция была подобна ответу клеток человека на ОЪ, который активирует продукцию АФК. Возможно, процесс фагоцитоза также имеет место и во взаимодействии нейтрофилов с частицами N0. Следующий ряд экспериментов подтвердил эту гипотезу.

Совместное действие ОЪ и N0 в низких концентрациях (0,0001 г/л и меньше) увеличивало производство АФК (рис. 24). При высоких концентрациях НА (более 0,01 г/л) ответ клеток на 07 был подавлен, возможно вследствие де-сенситизации систем генерации АФК, так как N0 в этих концентрациях сам активирует продукцию АФК.

Также мы показали, что N0 концентрационно-зависимым образом влияет на образование АФК, активированное формилпептидом £МЬР в концентрации 1 мкМ (рис. 25). Известно, что в нейтрофилах мыши существуют специфические рецепторы, связываясь с которым МГЛ7 активирует передачу сигнала на

ЫАБРН оксидазу, ответственную за продукцию АФК в нейтрофилах. Возможно, что взаимодействие между N0 и мембраной клетки или внутриклеточными сигнальными компонентами, осуществляющими передачу сигнала с рецептора на ЫАБРН оксидазу, меняет их состояние, что отражается на регуляции активности ЫАБРН оксидазы, однако это требует дальнейших исследований.

Таким образом, N0 (при его низком или умеренном содержании) изменяет активность клеток крови мышей из очага острого воспаления таким образом, что повышает активность, индуцированную бактерицидными агентами (опсони-зированным зимозаном или бактериальным формилпептидом) и снижает чрезмерную активность этих клеток, что может использоваться для регулирующих обработок при воспалениях.

В работе использовали модифицированный окислением N0, обладающий собственной люминесценцией, для визуализации взаимодействия между клетками и N0 частицами (рис. 26): N0 частицы как прикреплялись к поверхности, так и проникали внутрь клеток. Отличительной особенностью модифицированных N0 является то, что интенсивность их люминесценции сохранялась в течение всего времени наблюдения (около 2 ч), в отличие от менее стойких люминесцентных зондов, используемых в биологии для визуализации внутриклеточных структур.

5 ткт

Рис. 26. Взаимодействие окисленного N0 с клеткой: а) N0, б) клетка, в) ЫЭ+клстка.

10 ткт

Рис. 27. Конфокальные фотографии, иллюстрирующие проникновение N0 внутрь клетки.

Конфокальные изображения (рис. 27) демонстрируют локализацию лю-минесцирующего НА в нейтрофиле: яркое зеленое окрашивание на последовательных поперечных оптических сечениях с шагом 20% соответствует частицам N0 в клетке.

Основные результаты и выводы:

1. С использованием комплекса физико-химических методов исследования получены новые сведения о структуре первичных частиц наноалмаза детонационного синтеза, а именно о состоянии углерода и распределении азота в объеме частицы. Полоса (1640 см'1 - в зависимости от обработки она смещается) в КР спектре, обычно приписываемая sp2 углероду в связях С=С, обусловлена колебанием связи С=0 в поверхностных функциональных группах. Примесь азота в частице наноалмаза распределена равномерно.

2. Проведено количественное сопоставление эффективности различных способов галогенирования поверхности наноалмаза (жидкофазное хлорирование молекулярным хлором, хлорирование в плазме CCI4, газофазное фторирование молекулярным фтором, фторирование в плазме SF6). Установлено, что при обработке в плазме на поверхность наноалмаза вводится 14,5% ат. фтора и 8,7% ат. хлора, тогда как при обработке молекулярными галогенами - 12,5% ат. фтора и менее 3% ат. хлора. Показано, что связь ND-C1 менее гидролитически стабильна на воздухе по сравнению со связью ND-F, тогда как в щелочной среде гидролиз связи ND-галоген как в случае фторированного, так и в случае хлорированного наноалмаза протекает в одинаковой степени.

3. Проведена химическая прививка азотсодержащих соединений к поверхности наноалмаза (этиловый эфир глицина, этилендиамин, гексаметилен-диамин, октадециламин). Фторированная поверхность оказалась менее активной в реакциях нуклеофильного замещения, в отличие от хлорированной.

4. Установлено, что химическое модифицирование как аминированием диаминами и этиловым эфиром глицина, так и окислением смесью концентрированных серной и азотной кислот (4:1) приводит к люминесценции наноалмаза в области 450-550 нм с максимумом на длине волны 510 нм (без фотообесцвечивания), что позволяет предложить его использование для визуализации внутриклеточных процессов с его участием внутри живых клеток.

5. Изучены сорбционные свойства модифицированных PDD и ND по отношению к радионуклидам (технецию (VII)) в водных и азотнокислых растворах. Показано, что при использовании ND и PDD достигается высокая эффективность сорбции, причем модифицирование водородом влияет на величину сорбции в сторону большей эффективности.

6. Изучено взаимодействие детонационных ND с живыми клетками человека и лабораторных животных (мышей) и:

• установлено, что суспензия ND с концентрацией <0,1 г/л практически не влияют на жизнеспособность иммунных клеток в течении 2 часов;

• впервые выявлена количественная зависимость выделения активных форм кислорода (определяемых по их хемилюминесценции) живыми иммунными клетками (нейтрофилами мышей) от концентрации нагружаемой на них ND суспензии: наноалмаз (при его

низком или умеренном содержании) повышает активность клеток крови мышей из очага острого воспаления, индуцированную бактерицидными агентами.

• впервые показано, что частица ND, взаимодействуя с живой иммунной клеткой (нейтрофилом человека), проникает внутрь клетки, по крайней мере, посредством двух механизмов - фагоцитоза и трансмембранной диффузии.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Лисичкин Г.В., Корольков В.В., Тарасевич Б.Н., Кулакова И.И., Карпухин A.B. Фотохимическое хлорирование наноалмаза и взаимодействие его модифицированной поверхности с С-нуклеофилами. // Изв. РАН. Сер. хим. 2006. №12. С. 2130-2137.

2. Lisichkin G.V., Kulakova I.I., Gerasimov Y.V., Karpukhin A.V., Yakovlev R.Y. Halogenation of detonation-synthesised nanodiamond surfaces. // Mendeleev Communications, 2009. 19. P. 309-310.

3. Karpukhin A.V., Avkhacheva N.V., Kulakova I.I., Yakovlev R.Y., Yashin V.A., Lisichkin G.V., Safronova V.G. Effect of detonation nanodiamonds on phagocyte activity. // Cell Biol. Int. 2011. V. 35.1. 7. P. 727-733.

4. Safronova V.G., Polyashova T.I., Kulakova I.I., Maltseva V.N., Karpukhin A.V., Yashin V.A., Avkhacheva N.V., Lunkin V.V., Lisichkin G.V. Reaction of granulocytes from human blood on nanodiamonds. // 3rd International Symposium Detonation Nanodiamonds: Technology, Properties and Applications "Nanodiamond-2008". St. Petersburg. 2008. P. 121-126.

5. Кулакова И.И., Корольков B.B., Яковлев Р.Ю., Карпухин A.B., Лисичкин Г.В. Строение частиц химически модифицированного наноалмаза детонационного синтеза. // Породоразрушающий и металлообрабатывающий инструмент - техника и технология его изготовления и применения. Сборник научных трудов. Выпуск 12. Киев. 2009. С. 299-305.

6. Карпухин A.B., Корольков В.В. Закономерности фотохимического хлорирования ультрадисперсного алмаза. // XIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006». Секция «Химия» (Сборник материалов конференции). Москва. 2006. С. 150.

7. Korolkov V.V., Tarasevich B.N., Karpukhin A.V. Dual reaction capacity of hydrogenated nanodiamond. // Joint International Conference «Nanocarbon and Nanodiamond 2006». St. Petersburg, 2006. P. 82.

8. Карпухин A.B. Реакции на поверхности наноалмаза детонационного синтеза. // XIV Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам "Ломоносов-2007». Секция «Химия» (Сборник материалов конференции). Москва. 2007. С. 451.

9. Корольков В.В., Кулакова И.И., Лисичкин Г.В., Карпухин A.B. Хлорирование наноалмаза и алкилирование модифицированной поверхности. // Третья Всероссийская конференция (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология». Санкт-Петербург - Хилово. 2007. С. 107108.

Ю.Карпухин А.В., Корольков В.В., Кулакова И.И. Модифицирование поверхности детонационных наноалмазов. // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Химия материалов, наноструктуры и нано-технологии, Москва. 2007. Т. 2. С. 294.

11. Safronova V.G., Polyashova T.I., Kulakova I.I., Maltseva V.N., Karpukhin A.V., Yashin V.A., Avkhacheva N.V., Lunkin V.V., Lisichkin G.V. Reaction of granulocytes from human blood on nanodiamonds. // 3rd International Symposium Detonation Nanodiamonds: Technology, Properties and Applications "Nanodiamond-2008". St. Petersburg. 2008. P. 19.

12.Кулакова И.И., Корольков B.B., Карпухин A.B., Лисичкин Г.В. Как устроена частица наноалмаза детонационного синтеза. // VIII Всероссийская конференция «Физикохимия ультрадисперсных (нано-) систем, Белгород, 2008. С. 223-224.

13.Карпухин А.В., Авхачева Н.В., Сафронова В.Г., Яшин В.А., Яшина А.В., Кулакова И.И., Лисичкин Г.В. Использование люминесценции окисленного наноалмаза для контроля за взаимодействием его с живой клеткой. // IV Всероссийская конференция (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология». Санкт-Петербург - Хилово. 2009. С. 289290.

14.Karpukhin A.V., Avkhacheva N.V., Yashina A.V., Yashin V.A., Kulakova I.I., Safronova V.G., Lisichkin G.V. Interaction between nanodiamonds of detonation synthesis and immune cells. // 1st International summer school "Nano-materials and nanotechnologies in living systems". Moscow Region, Stupinsky area. 2009. P. 241-243.

15.Karpukhin A.V., Avkhacheva N.V. Pen'kov N.V., Kulakova I.I., Safronova V.G., Lisichkin G.V. Nanodiamonds modify activity of immune cells. // 20th European Conference of diamond, diamond-like materials, carbon nanotubes and nitrides. Athens. 2009.

16.Юрьев Г.С., Генцелев A.B., Кулакова И.И., Карпухин А.В. Структура гидрогенизованных наночастиц DND@H. // XIII Международная конференция по использованию синхротронного излучения, СИ-2010 19-22 июля 2010 Новосибирск, Книга тезисов, С. 70. ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН, Сибирский центр синхротронного и терагерцового излучения.

считает своим долгом выразить глубокую благодарность и признательность: к.х.н., доценту H.H. Ивановой (МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет, г. Москва), Н.В. Пенькоеу (ИБК РАН, г. Пущино), за помощь при определении размеров частиц наноалмаза методом лазерного светорассеивания; д.ф.-м.н. Г. С. Юрьеву (ИЯФ СО РАН, г. Новосибирск) - за помощь в проведении экспериментов с синхротронным излучением;

к.б.н. Н.В. Авхачевой (ИБК РАН, г. Пущино) за помощь в проведении биологических исследований;

к.х.н. АЛ. Ширяеву (ИФХЭ имени А.Н. Фрумкина РАН, г. Москва) за анализ на углекислый газ и азот при сжигании порошка наноалмаза;

к.х.н. Б.II. Тарасевичу (МГУ имени М.В. Ломоносова, Химический факультет, г. Москва) за консультации и помощь в интерпретации ИК спектров; к.х.н. H.H. Мельнику (ФИ имени П.Н. Лебедева РАН, г. Москва) за консультации и помощь в интерпретации KP спектров.

Подписано в печать 17.08.2012г. Заказ № 1653А Условный печатный лист 1.5 Тираж 100шт. Отпечатано в типографии «ИноПринт» г.Москва, Варшавское шоссе, д.26 тел.: (495) 789-19-42

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Общие сведения о наноалмазе

1.2. Детонационный синтез наноалмаза 10 1.3 .Строение частицы наноалмаза детонационного синтеза

1.4. Химический состав алмазной поверхности

1.5. Химическое модифицирование поверхности алмаза

1.5.1. Гидрирование поверхности алмаза

1.5.2. Окисление поверхности алмаза

1.5.3. Галогенирование поверхности алмаза

1.5.3.1. Фторирование поверхности алмаза

1.5.3.2. Хлорирование поверхности алмаза

1.5.3.3. Бромирование поверхности алмаза

1.5.4. Реакции нуклеофильного замещения на галогенированной поверхности 23 алмаза

1.5.4.1. Реакции с 14-нуклеофилами

1.5.4.2. Реакции с С-нуклеофилами

1.5.4.3. Реакции с Б-нуклеофилами

1.5.5. Радикальные реакции на поверхности алмаза

1.5.6. Реакции [2+2] и [2+4] циклоприсоединения на реконструированной 29 поверхности алмаза

1.6. Сорбционные свойства наноалмазов

1.6.1. Наноалмазы в адсорбционной хроматографии

1.6.2. Наноалмазы в ВЭЖХ

1.7. Наноалмазы в биологии и медицине

1.7.1. Краткие сведения о биологической активности наноалмазов

1.7.2. Биотехнологии и медицинские приложения

1.7.3. Прививка биологически активных молекул к поверхности наноалмаза

1.7.4. Использование наноалмаза для визуализации внутриклеточных процес- 45 сов

Глава 2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.1.1. Наноалмаз детонационного синтеза

2.1.2. Биологический материал

2.2. Методики химического модифицирования поверхности наноалмаза

2.2.1. Гидрирование поверхности нанаоалмаза

2.2.2. Галогенирование поверхности наноалмаза

2.2.3. Гидролиз галогенированных образцов

2.2.4. Модифицирование алмазной поверхности методом ковалентной при- 53 вивки

2.2.4.1. Модифицирование гексадециллитием

2.2.4.2. Ковалентная прививка азотсодержащих соединений

2.2.5. Жидкофазное окисление поверхности наноалмаза

2.3. Методики подготовки биологических объектов

2.3.1. Подготовка образцов крови и изолированных нейтрофилов мыши

2.3.2. Подготовка изолированных клеток человека

2.3.3. Оценка выживаемости клеток без наноалмаза и в его присутствии

2.4. Методы исследования наноалмаза

2.4.1. ИК спектроскопия

2.4.2. КР спектроскопия

2.4.3. ЯМР спектроскопия

2.4.4. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия

2.4.5. Рентгенофазовый анализ

2.4.6. Измерение удельной поверхности

2.4.7. Электронная микроскопия

2.4.8. Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ

2.4.9. Лазерное динамическое светорассеяние

2.4.10. Потенциометрическое титрование

2.4.11. Термодесорбция

2.5. Методы исследования живых клеток в присутствии наноалмазов

2.5.1. Изучение продукции активных форм кислорода клетками крови

2.5.1.1. Прибор для изучения кинетики хемилюминесценции и его про- 62 граммное обеспечение

2.5.1.2. Измерение хемилюминесценции в образцах цельной крови

2.5.1.3. Измерение хемилюминесценции в изолированных клетках

2.5.2. Оптическая микроскопия

Глава 3. Результаты и их обсуждение 66 3.1. Новые данные о составе и структуре химически модифицированных детона- 66 ционных наноалмазов

3.2. Модифицирование поверхности наноалмаза

3.2.1. Галогенирование поверхности наноаламаза

3.2.2. Гидролитическая стабильность галогенированных образцов ND

3.2.3. Создание связи C-N на поверхности наноалмаза

3.2.4. Окислительная обработка поверхности наноалмаза

3.2.5. Модифицирование наноструктурных материалов на основе ND

3.3. Сорбционные свойства наноалмазных материалов

3.3.1. Применение наноалмазных материалов для сорбции Тс (VII)

3.3.2. Возможное применение PDD в ВЭЖХ

3.4. Биологическая совместимость наноалмаза

Выводы

Углеродные материалы играют важную роль в науке и технике. Наиболее известные формы существования углерода - алмаз и графит. Имеется также большое количество различных типов некристаллических углеродных материалов, известных как аморфный углерод (сажа, кокс, стеклоуглерод и т.п.). Относительно недавно были открыты углеродные наноматериалы: углеродные нанотрубки, фуллерены, наноалмазы, графен и др. Особые свойства этих наноматериалов и перспективы их широкого использования привлекают к ним повышенный интерес.

В настоящее время много внимания уделяется изучению ультрадисперсных детонационных алмазов или наноалмазов (N0), которые получаются при детонации взрывчатых веществ (ВВ) с отрицательным кислородным балансом в неокислительной среде. Производство его представляет собой наукоемкую технологию утилизации устаревших ВВ и позволяет вернуть значительную часть средств, затраченных на их создание. Цена ИЭ невелика, налажено его промышленное производство (тонны в год). Тем не менее его нельзя отнести к хорошо изученным алмазным материалам, что объясняется вариабельностью химического состава, структуры и, следовательно, свойств, определяемых особенностями технологии синтеза и очистки у разных производителей.

Детонационный N0 - это особый тип алмазного материала, свойства которого сильно отличаются от свойств ¿ш/&-алмаза, так как многие определяются химией его поверхности. Да и в случае Ьи1к-алмаза химия его поверхности влияет на свойства, такие как смачиваемость, устойчивость к окислению и др. На это часто не обращают внимания, так как исследователей интересуют свойства именно алмаза (механическая прочность, высокий коэффициент преломления, теплопроводность, твердость, большое омическое сопротивление и пр.). Роль химии поверхности для алмаза можно проиллюстрировать, например, следующими фактами:

- часто из алмазного инструмента на органической связке алмазные зерна вылущиваются, как ядра из ореха; аминирование же поверхности алмазных зерен приводит к более прочному удержанию их в органической связке;

- давно было предложено использовать N0 в качестве присадок к моторным маслам и смазкам [1, 2], но эти продукты не получили широкого применения потому, что суспензии N0 оказались неустойчивыми, недостаточно учитывалась химия поверхности N0.

Помимо размеров, на свойства вещества влияет степень его чистоты и целостность структуры [3]. В реальных условиях не представляется возможным изучать алмаз в чистом виде. Мы имеем либо то, что создала природа (разные генетические типы природного алмаза), либо то, что получено в промышленных или лабораторных условиях. И это можно использовать и уже используется в тех или иных целях исследователями.

Характерные размеры алмазных кристаллитов N0 составляют всего несколько нанометров. Удельная площадь поверхности наноалмаза составляет 300-400 м /г, что придает материалу, помимо свойственных обычному алмазу физических характеристик, новые необычные качества. Несмотря на представленное в литературе большое количество данных по исследованию этой особой формы углерода, структура и свойства наноалмаза все еще недостаточно хорошо изучены. Различные методы производства и очистки влияют на качество кристаллитов и их свойства, порошкообразная форма и агрегация частиц усложняет исследование наноалмазных образцов. По этим причинам освоение новых методов изучения N0 является важной задачей для оптимизации технологий их производства и последующего эффективного использования.

Свойства наноразмерных объектов зачастую определяются свойствами их поверхности, а потому, варьируя состав и структуру привитого слоя, можно управлять физико-химическими свойствами материала. Наибольший интерес, с точки зрения химического модифицирования поверхности наноалмаза, представляют реакции, позволяющие проводить ковалентную прививку к поверхности за счет образования С-С связи между прививаемой группой и поверхностью, что обеспечивает формирование прочно закрепленного слоя привитого поверхностного соединения [4].

Поверхность промышленно выпускаемого наноалмаза полифункциональна [1, 5]. Для ее унифицирования обычно используют восстановительную обработку водородом при повышенных температурах [6]. Однако, как ранее нами было установлено [7], при этом на поверхности N0 формируется бифункциональный покров из -Н и -ОН групп, которые в реакциях кова-лентной прививки являются недостаточно активными. Для активации такой поверхности, преимущественно по отношению к С-нуклеофильным агентам, используют галогенирование [8-11]. Описано несколько способов введения галогена на поверхность N0 частицы, однако, сравнительной характеристики различных способов галогенирования, а также стабильности получающихся при этом модифицированных поверхностей N0 в литературе нет.

В последнее время все чаще внимание исследователей привлекает также биологическая активность наноалмаза. Такой материал можно было бы использовать в биомедицине, например, для направленного транспорта лекарств. Несмотря на быстрорастущий объем публикуемой информации по N0 в биомедицинском аспекте [12], сегодня практически нет работ, посвященных фундаментальному изучению таких вопросов как установление механизмов взаимодействия с живой субстанцией.

Таким образом, целью настоящей работы было исследование структуры и свойств химически модифицированного детонационного наноалмаза и возможностей его применения в сорбции и медицине. В рамках данной работы проводились исследования по следующим основным направлениям:

- исследование влияния состава и модифицирования поверхности на структуру первичных наноалмазных частиц;

- сравнение эффективности различных способов галогенирования наноалмаза;

- изучение структуры и физико-химических свойств наноструктури-рованного материала на основе наноалмаза (N0) и пористого дисперсного алмаза (РОО);

- исследование возможностей использования модифицированных N0 и РОЭ в сорбции радионуклидов и ВЭЖХ;

- изучение влияния N0 на активность клеток крови (нейтрофилов мыши и человека).

выводы

1. С использованием комплекса физико-химических методов исследования получены новые сведения о структуре первичных частиц наноалмаза детонационного синтеза, а именно о состоянии углерода и распределении азота в объеме частицы. Полоса (1640 см"1 - в зависимости от обработки она смещается) в КР спектре, обычно Л приписываемая Бр углероду в связях С=С, обусловлена колебанием связи С=0 в поверхностных функциональных группах. Примесь азота в частице наноалмаза распределена равномерно.

2. Проведено количественное сопоставление эффективности различных способов галогенирования поверхности наноалмаза (жидкофазное хлорирование молекулярным хлором, хлорирование в плазме ССЛ4, газофазное фторирование молекулярным фтором, фторирование в плазме 8Р6). Установлено, что при обработке в плазме на поверхность наноалмаза вводится 14,5% ат. фтора и 8,7% ат. хлора, тогда как при обработке молекулярными галогенами - 12,5% ат. фтора и 12% ат. хлора. Показано, что связь N0-01 менее гидролитически стабильна на воздухе по сравнению со связью N0^, тогда как в щелочной среде гидролиз связи ИО-галоген как в случае фторированного, так и в случае хлорированного наноалмаза протекает в одинаковой степени.

3. Проведена химическая прививка азотсодержащих соединений к поверхности наноалмаза (этиловый эфир глицина, этилендиамин, гексамети лен диамин, октадециламин). Фторированная поверхность оказалась менее активной в реакциях нуклеофильного замещения, в отличие от хлорированной.

4. Установлено, что химическое модифицирование как аминированием диаминами и этиловым эфиром глицина, так и окислением смесью концентрированных серной и азотной кислот (4:1) приводит к люминесценции наноалмаза в области 450-550 нм с максимумом на длине волны 510 нм (без фотообесцвечивания), что позволяет предложить его использование для визуализации внутриклеточных процессов с его участием внутри живых клеток.

5. Изучены сорбционные свойства модифицированных РОБ и N0 по отношению к радионуклидам (технецию (VII)) в водных и азотнокислых растворах. Показано, что при использовании N0 и РОО достигается высокая эффективность сорбции, причем модифицирование водородом влияет на величину сорбции в сторону большей эффективности.

6. Изучено взаимодействие детонационных N0 с живыми клетками человека и лабораторных животных (мышей) и:

• установлено, что суспензия N0 с концентрацией <0,1 г/л практически не влияют на жизнеспособность иммунных клеток в течении 2 часов;

• впервые выявлена количественная зависимость выделения активных форм кислорода (определяемых по их хемилюминесценции) живыми иммунными клетками (нейтрофилами мышей) от концентрации нагружаемой на них N0 суспензии: наноалмаз (при его низком или умеренном содержании) повышает активность клеток крови мышей из очага острого воспаления, индуцированную бактерицидными агентами.

• впервые показано, что частица ИБ, взаимодействуя с живой иммунной клеткой (нейтрофилом человека), проникает внутрь клетки, по крайней мере, посредством двух механизмов -фагоцитоза и трансмембранной диффузии.

1. Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза: свойства и применение. // Успехи химии. 2001. Т.70. С. 687-708.

2. Спицын Б. В. Наноалмаз для науки и технологии. // Вестник РАН. 2003. Т.73. № 5. С. 433-435.

3. Эрлих Г. В. Какая химия должна изучаться в современной школе? // Сборник «Естественнонаучное образование: тенденции развития в России и в мире» под общей ред. В.В. Лунина, Н.Е. Кузьменко. М.: Изд-во МГУ. 2011. С. 59-87.

4. Лисичкин Г.В., Фадеев А.Ю., Сердан А.А. и др. Химия привитых поверхностных соединений. М.: Физматлит, 2003. 592 с.

5. Кулакова И.И. Химия поверхности наноалмазов. // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. Вып. 4. С.621-628.

6. Tsubota Т., Urabe К., Egawa S. Hirabayashi О., Takagi Н., Kusakabe К., Morooka К, Maeda Н. Surface modification of hydrogenated diamond powder by radical reactions in chloroform solutions. // Diamond Relat. Mater. 2000. V.9. P. 219-223.

7. Лисичкин Г.В., Корольков В.В., Тарасевич Б.Н., Кулакова И.И., Карпухин А.В. Фотохимическое хлорирование наноалмаза и взаимодействие его модифицированной поверхности с С-нуклеофилами. // Изв. РАН. Сер. хим. 2006. Т.12. С. 2130-2137.

8. Ikeda Y., Saito Т. , Kusakabe К. et al. Halogenation and butylation of diamond surfaces by reactions in organic solvents. // Diamond Relat. Mater. 1998. V.7. P. 830-834.

9. Saito Т., Ikeda Y., Egawa S. Incorporation of butyl groups into chlorinated diamond surface carbons by organic reactions at ambient temperature. // Faraday Trans. 1998. 94. №7. P. 929-932.

10. Miller J. Amines and thiols on diamond surfaces. // Surface Science. 1999. V. 439. P. 21-33.

11. Liu Y., Gu Z., Margrave J.L., Khabashesku V.N. Functionalization of Nanoscale Diamond Powder: Fluoro-, Alkyl-, Amino-, and Amino Acid-Nanodiamond Derivatives. // Chem. Mater. 2004. V. 16(20). P. 3924-3930.

12. Schrand A.M., Ciftan Hens S.A., Shenderova O.A. Nanodiamond Particles: Properties and Perspectives for Bioapplications. Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 34. 2009. P. 18-74.

13. Dolmatov V.Yu. State-of-the-art industrial technology to produce detonation nanodiamonds and main fields of application. // Nanotechnics. 2008. V.l(13). P. 56-78.

14. Верещагин Л.Ф. Сверхвысокие давления. // Наука и жизнь. 1957. №12. С. 11-16.

15. Руденко А.П., Кулакова И.И., Скворцова В.Л. Химический синтез алмаза. Аспекты общей теории. // Успехи химии. 1993. №62, С. 99-117.

16. Спицын Б.В., Дерягин Б.В. Способ наращивания граней алмаза. Патент СССР №339134. Заявл. 10.07.1956 г. Опубл. в 1980 г.

17. Дерягин Б.В., Федосеев Д.В. Рост алмаза и графита из газовой фазы. М.: Наука. 1977. 116 с.

18. Спицын Б.В. Кристаллизация алмаза методом химической транспортной реакции. // Труды I Международного семинара по алмазным плёнкам. М.: 1991. С.7-17.

19. Даниленко B.B. Синтез и спекание алмаза взрывом. М.: Энергоатомиздат. 2003. 272с.

20. Долматов В.Ю. Ультрадисперсные алмазы детонационного синтеза. С-Пб.: из-во СПбГУ. 2003. 344 с.

21. Ultra Nanocrystalline Diamond. Synthesis, Properties, and Applications. (Ed. by O.A. Shenderova, D.M. Gruen). Norwich, New York: William Andrew Publishing. 2006. P. 333-404.

22. Корольков B.B. Химическое модифицирование поверхности наноалмазов детонационного синтеза. Дисс. . канд. хим. наук. М.: МГУ. 2008 г. 118 с.

23. Спицын Б. В. Проблемы и достижения физико-химической и инженерной науки в области наноматериалов. М.: Изд-во ГНЦ РФ НИФХИ им. Л.Я. Карпова. 2002. Т.2. С.102.

24. Алёшин В.Т., Смехнов A.A., Богатырёва Г.П., Крук В.Б. Химия поверхности алмаза. Киев: Наукова думка. 1990. 200 с.

25. Thomas J.M., Evans E.V. Surface properties of diamond a review. // Diamond Rev. 1975. P. 2-8.

26. Evans S., Thomas J.M. Surface properties of diamond the recent developments. // Diamond Reserch. 1978. P. 31-36.

27. Shergold H.L., Hartley C.J. The surface chemistry of diamond. // Int. J. Miner. Process. 1982. V. 9. №3. P. 219-233.

28. Pepper S.V. Diamond {111} studies by electron energy loss spectroscopy in the characteristic loss region. // Surf. Sei. 1982. V. 123. №1. P. 47-60.

29. Derry Т.Е., Madiba C.C.P., Sell hop J.P.F. Oxygen and hydrogen on the surface of diamond. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 1983. V. 218. №1-3. P. 559-562.

30. Vidali G., Cole M.W., Weinberg W.H., Steele W.H. Helium as a probe of the {111} surface of diamond. // Phys. Pev. Lett. 1983. V. 51. №2. P. 118-121.

31. Spitsyn B.V., Davidson J.L., Gradoboev M.N., Galushko T.B., Serebryakova N. V. Karpukhina T.A., Kulakova I.I., Melnik N.N. Inroad to modification of detonation nanodiamond // Diamond and Related Materials. 2006. V.15. Issues 2-3. P.296-299.

32. SappokR., Boehm H.P. Chemie der oberflashe des diamanten-II. Bildung, eigenschaften und structur der oberflachenoxide. // Carbon. 1968. V. 6. № 5. P. 573-588.

33. Sappok R., Boehm H.P. Chemie der oberflache des diamanten I. Benetzungswarmen, electronenspinresonanz und infrarotspektren der oberflachenhydride, -halogenide und-oxide. // Carbon. 1968. V. 6. №6. P. 283-295.

34. Boehm H.P. Die chemie der oberflache fester stoff. // Kolloid. Z. und Z. Polymere. 1968. Bd. 127. №1-2. S. 17-27.

35. Гордеев С.К., Смирнов Е.П. Исследование влияния химической природы поверхности алмаза на адсорбционные свойства. // Коллоидн. журнал. 1982. Т. 44. Вып. 3. С. 554-556.

36. Пласкин И.Н., Алексеев B.C. Адсорбция кислорода на свежеобнажённой поверхности алмазов. // Цветная металлургия. 1963. №1. С. 32-34.

37. Гордеев С.К., Смирнов Е.П., Кольцов М.М., Никитин Ю.И. Влияние жидкофазного окисления на поверхностные свойства синтетических алмазов. // Сверхтвёрдые материалы. 1979. №3. С. 27-29.

38. Богатырёва Г.П. Исследование гидрофильности и гидрофобности поверхности синтетических алмазов. // Сверхтвёрдые материалы. 1980. №2. С. 23-27.

39. Tsubota Т., Shunsuke Т., Ida S., Nagata М., Matsumoto Y. Chemical modification of diamond surface with СНз(СН2)пСООН using benzoyl peroxide. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2003. V. 5. P. 1474-1480.

40. Tsubota Т., Hirabayashi O., Shunsuke Т., Ida S., Nagaoka S., Nagata M., Matsumoto Y. Chemical modification of hydrogenated dimond surface using benzoyl peroxides. // Phys. Chem. Chem. Phys. 2002. 4. P. 806-811.

41. Sotova K.-I., Amamoto Т., Sobana A., Kusakabe K., Imato T. Effect of treatment temperature on the amination of chlorinated diamond. // Diamond Relat. Mater. 2004. V.13. P. 145-150.

42. Tsubota Т., Tanii S., Ida S. et al. Chemical modification of diamond surface with various carboxylic acids by radical reaction in liquid phase. // Diamond Relat. Mater. 2004. V.13. P. 1093-1097.

43. Tsubota Т., Hirabayashi O., Ida S., Nagaoka S., Nagata M., Matsumoto Y. Reactivity of the hydrogen atoms on diamond surface with various radical initiators in mild condition. // Diamond Relat. Mater. 2002. V.ll. P. 1360-1365.

44. Ando Т., Nishitani-Gamo M., Rawles R., Yamamoto К., Kamo M., Sato Y. Chemical modification of diamond surfaces using a chlorinated surface as an intermediate state. // Diamond Relat. Mater. 1996. V.5. P. 1136-1142.

45. Wang J., Firestone A., Auciello O., Carlisle J. Surface functionalization of ultrananocrystalline diamond films by electrochemical reduction of aryldiazonium salts.// Langmuir. 2004. V. 20. P. 11450-11456.

46. Knickerbocker Т., Strother Т., Schwartz M., Russell J., Butler J., Smith L., Hamers R. MNA-modified diamond surfaces. // Langmuir. 2003. 19. 1938-1942.

47. Hovis J., Coutler S., Hamers R., D'Evelyn M., Russell J., Butler J. Cycloaddition chemistry at surfaces: alkenes with the diamond (001)-2xl surface. // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122. P. 732-733.

48. Bansa I.R., Vastla F., Walker P. Kinetics of chemosorption of diamond. // Carbon. 1972. V. 10. P. 443^148.

49. Touhara H., Okino F. Property control of carbon materials by fluorination. // Carbon. 2000. V. 38. P. 241-267.

50. Yamada Т., Chuang T.J., Seki H., Yoshitaka M. Chemisorption of fluorine, hydrogen and hydrocarbons on the diamond C(lll) surface // Molecular Physics. 1991. V. 76. №4. P. 887-908.

51. May P. W., Stone J.C., Ashfold M.N., Hallam K.R., Wang W.N., Fox N.A. The effect of diamond surface termination species upon field emission properties. // Diamond Relat. Mater. 1998. V. 7, Issues 2-5. P. 671-676.

52. Hadenfeldt S., Benndorf C. Adsorption of fluorine and chlorine on the diamond (100) surface. // Surface Science, 1998. P. 227-231.

53. Freedman A., Charter D. Stinespring Fluorination of diamond (100) by atomic and molecular beams. // Appl. Phys. Lett. 1990. V.57. P. 1194.

54. Freedman A. Halogenation of diamond (100) and (111) surfaces by atomic beams. // Journal of Applied Physics. 1994. V. 75, Issue 6. P. 3112-3120.

55. Scruggs B.E., Gleason K.K. Analysis of Fluorocarbon Plasma-Treated Diamond Powders by Solid-State Fluorine-19 Nuclear Magnetic Resonance. // J. Phys. Chem. 1993. V. 97. P. 9187-9195.

56. Liu Yu, Khabashesku V.N., Naomi J. Fluorinated Nanodiamond as a Wet Chemistry Precursor for Diamond Coatings Covalently Bonded to Glass Surface. // Journal of the American Chemical Society. 2005. V. 127. Issue 11. P. 3712-3714.

57. Khabashesku V.N., Margrave J.L., Barrera E.V. Functionalized carbon nanotubes and nanodiamonds for engineering and biomedical applications. // Diamond Relat. Mater. 2005. V. 14. Issues 3-7. P. 859-866.

58. Smentkowski V.S., Yates Jr, John T. Fluorination of diamond surfaces by irradiation of perfluorinated alkyl iodides. // Science. 1996. V. 271. Issue 5246. P. 193-195.

59. Nakamura T., Hasegawa M., Tsugawa K, Ohana T., Ishihara M., Koga Y. Photochemical modification of nanodiamond films with perfluorooctyl functionalities. // Diamond Relat. Mater. 2006. V. 15. Issues 4-8. P. 678-681.

60. Nakamura T., Ohana T., Suzuki M., Ishihara M., Tanaka A., Koga Y. Chemical modification of DLC films with perfluorooctyl functionality. // Diamond Relat. Mater. 2005. V. 14. P. 1019-1022.

61. Sotowa K.-I., Amamoto T., Sobana A., Kusakabe K, Imato T. Effect of treatment temperature on the amination of chlorinated diamond. // Diamond Relat. Mater. 2004. V.13. Issue 1. P. 145-150.

62. Ando T., Rawles R.E., Yamamoto K, Kamo M., Sato Y., Nishitani-Gamo M. Chemical modification of diamond surfaces using a chlorinated surface as an intermediate state. // Diamond Relat. Mater. 1996. V. 5. Issue 10. P. 1136-1142.

63. Miller J., Brown В., Duncan W. Photochemical Modification of Diamond Surfaces. // Langmuir. 1996. V. 12(24). P. 5809-5817.

64. Ikeda Y, Saito Т., Kusakabe K., Morooka S., Maeda H., Taniguchi Y., Fujiwara Y. Halogenation and butylation of diamond surfaces by reactions in organic solvents. // Diamond Relat. Mater. 1998. V. 7. Issue 6. P. 830-834.

65. Tsubota Т., Urabe K, Egawa S., Takagi H., Kusakabe K, Morooka S., Maeda H. Surface modification of hydrogenated diamond powder by radical reactions in chloroform solutions. // Diamond Relat. Mater. 2000. V. 9. Issue 2. P. 219-223.

66. Тапраева Ф.М., Пушкин A.H., Кулакова И.И., Руденко А.П., Крук В.Б. Изучение химического модифицирования алмазной поверхности методом термодесорбции. //Журн.физ.химии. 1989. Т.63. №10. С. 2661-2666.

67. Тапраева Ф.М. Влияние модифицирования алмаза водородом и метаном на физико-химические свойства его поверхности и окисление. Автореферат дисс. . канд. хим. наук. М.: МГУ. 1989 г. 18 с.

68. Смирнов Е.П., Гордеев С.К. Алмазы: получение, свойства, применение. JL: ЛТИ им. Ленсовета. 1984. 73 с.

69. Nakamura Т., Ishihara М., Ohana Т., Koga Y. Chemical modification of diamond powder using photolysis of perfluoroazooctane. // Chem. Commun (Camb). 2003. V. 7(7). P. 900-901.

70. Nakamura Т., Suzuki M., Ishihara M., Ohana Т., Tanaka A., Koga Y. Photochemical Modification of Diamond Films: Introduction of Perfluorooctyl Functional Groups on Their Surface. // Langmuir. 2004. V. 20(14). P. 5846-5849.

71. Smentkowski V.S., John Т., Yates Jr., Xiaojie Chen W., Goddard A. Fluorination of diamond -C4F9I and CF3I photochemistry on diamond (100). // Surface science. 1997. V. 370. P. 209-231.

72. Strother Т., Knickerbocker Т., Russell J. N, Butler J.E., Smith L.M., Hamers R.J. Photochemical Functionalization of Diamond Films. // Langmuir. 2002. V. 18(4). P. 968-971.

73. Nebel C.E., Shin D., Takeuchi D., Yamamoto Т., Watanabe H, Nakamura T. Photochemical attachment of amine linker molecules on hydrogen terminated diamond. // Diamond Relat. Mater. 2005. P. 1107-1112.

74. Knickerbocker Т., Strother Т., Schwartz M.P., Russell J.N., Butler J., Smith L.M., Hamers R.J. DNA-Modified Diamond Surfaces. // Langmuir. 2003. V. 19(6). P. 19381942.

75. Yang W., Butler J. E., Russell J.N., Robert J. Hamers. Interfacial Electrical Properties of DNA-Modified Diamond Thin Films: Intrinsic Response and Hybridization-Induced Field Effects. // Langmuir. 2004. V. 20. P. 6778-6787.

76. Wang G., Bent S., Russell J., Butler J., D 'Evelyn M. Functionalization of diamond (100) by Diels-Alder chemistry. // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122. P. 744-745.

77. Filler M.A., Bent S.F. The surface as molecular reagent: organic chemistry at the semiconductor interface. // Progress in Surface Science. 2003. V. 73. P. 1-56.

78. Fitzgerald D.R., Doren D.J. Functionalization of Diamond (100) by Cycloaddition of Butadiene: First-Principles Theory. // J. Am. Chem. Soc. 2000. V. 122(49). P. 1233412339.

79. Спицьт Б.В., Денисов С.А., Чопурова А.Г. и др. Функционализация наночастиц детонационного наноалмаза. // Современные проблемы физической химии наноматериалов. 2008. М. С. 178-185.

80. Чиганова Г.А. Исследование поверхностных свойств ультрадисперсных алмазов. // Коллоид, журн. 1994. Т. 56. № 2. С. 266-268.

81. Игнатченко А.В., Солохина А.Б., Ирдьшеева М.В. Электроповерхностные свойства ультрадисперсных алмазов. // Сб. Докл. V Всесоюз. Совещ. По детонации. Т. 1. Красноярск. 1991. С. 164-170.

82. Гордеев С.К., Таушканова О.Г., Смирнов Е.П., Мартынова Л.М. Исследование взаимодействия растворов гидроокисей щелочных и щелочноземельных металлов с препаратами алмаза. // Ж. общ. химии. 1983. Т. 53. № 11. С. 2426 2428.

83. Богатырева Г.П., Волошин М.Н., Маринич М.А. и др. Поверхностные и электрохимические свойства наноалмаза динамического синтеза. // Сверхтвердые материалы. 1999. № 6. С. 42 45.

84. Долматов В.Ю. Детонационные наноалмазы. Получение, свойства, применение. // Успехи химии. 2007. Т. 76. №4. С. 375-397.

85. Чухаева С.И., Чебурина Я.А. Сорбционная активность наноалмазов по цезию. // Сверхтвердые материалы. 2000. №2. С. 43 48.

86. Долматов В.Ю., Сущее В.Г., Вишневский Е.Н. Способ выделения синтетических ультрадисперсных алмазов. Авт. свид. СССР № 1828067. Опубл. 25.03.86.

87. Бондарь B.C., Позднякова И.О., Пузырь А.П. Применение наноалмазов для разделения и очистки белков. // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. Вып. 4. С. 737739.

88. Bondar V.S., Puzyr А. P. Use of nanodiamond particles for rapid isolation of recombinant apoobelin from Escherichia coli. // Doklady Biochemistry. 2000. V. 373. P. 129-131.

89. Белякова Л.Д., Кудинова А.Н., Ларионова А.О., Ларионов О.Г., Спицын Б.В. Исследование поверхностных свойств ультрадосперсного алмаза методом газовой хроматографии. // Журн. физ. химии. 2008. Т. 82. №3. С. 503-507.

90. Hirschmann R. P., Mariani Т. L. Synthetic diamond a solid adsorbent for corrosive gases // J. Chromatogr. A. 1968. V. 34. №. 1 P. 78-80.

91. Yushin G.N., Osswald S., Padalko V.I., et al. Effect of sintering on structure of nanodiamond.//Diamond Relat. Mater. 2005. V. 14. №10. P. 1721-1729.

92. Patel B.A., Rutt K.J., Padalko V.I., Mikhalovsky S. V. Use of industrial diamonds in HPLC. // Phys. Solid State. 2002. № 6. P. 51 54.

93. Patel B.A., Rutt K.J., Padalko V. I., Mikhalovsky S.V. Nanoporous diamonds as stationery phase for HPLC. Pittcon 2005, Orlando, Florida, Ferbruary 2005. P. 1 11.

94. Спицын Б.В., Алексенко А.Е., Галушко Т.Б. и др. Функционализация наночастиц детонационного алмаза. // Совеременные проблемы физической химии наноматериалов. М.: Изд-во ИФЭХ РАН. 2008. С. 178-185.

95. Нестеренко П.Н., Федянина О Н. Адсорбционные и хроматографические свойства мелкодисперсного синтетического алмаза. Тезисы X Межд. конф «Теоретические проблемы химии поверхности, адсорбции и хроматографии». Москва. 2006. С. 264.

96. Федянина О.Н., Нестеренко П.Н. Закономерности хроматографического удерживания фенолов на микродисперсном спеке детонационных наноалмазов в водно-органических элюентах. // Ж. физ. химии. 2010. Т. 84. №3. С. 550-554.

97. Верещагин А.Л., Цой Т.Л., Ларионова Т.С. Биологическая активность детонационных наноалмазов. // Сборник научных трудов МИФИ. 2004. М.: МИФИ. Т. 8. С. 285-286.

98. Никитина Э.С., Кулакова И.И. Влияние наноалмаза на рост и развитие Spirulina plantesis (Nordst) Geitl OPPAS B-287. XI-ая Международная Конференция «Экосистемы, организмы, инновации», Москва, МГУ, 24-25 июня 2009 г.

99. Долматов В.Ю., Кострова Л.Н. Наноалмазы детонационного синтеза и возможность создания нового поколения лекарственных средств. // Сверхтвердые материалы. 2000. №3. С. 82-85.

100. Пузырь А.П. Повреждающее действие детонационных алмазов на клетки белой и красной крови человека in vitro. // ДАН. 2002. Т. 385. №4. С. 561-564.

101. Бондарь B.C., Позднякова И.О., Пузырь А.П. Наноалмазы для биологических исследований. // Физика твердого тела. 46 (4). С. 698-701.

102. Lam R., Chen М., Pierstorff Е., Huang Н„ Osawa Е., D.Ho. Nanodiamond-Embedded Microfilm Devices for Localized Chemotherapeutic Elution. // ACS Nano. 2008. V. 2 (10). P. 2095-2102.

103. Я. Huang, Е. Pierstorff, Е. Osawa et al. Active Nanodiamond Hydrogels for Chemotherapeutic Delivery. // Nano Lett. 2007. P. 3305-3314.

104. Arruebo M., Pacheco R., Ibarra M.R. Magnetic nanoparticles for drug delivery. // Nano Today. 2007. V. 2. P. 22-32.

105. R. Lam, M. Chen, E. Pierstorff et al. Nanodiamond-Embedded Microfilm Devices for Localized Chemotherapeutic Elution. // ACS Nano. 2008. V. 2. P. 2095-2102.

106. Yuan Yuan, Yuanwei Chen, Jia-Hui Liu, Haifang Wang, Yuanfang Liu. Biodistribution and fate of nanodiamonds in vivo. // Diamond Relat. Mater. 2009. V. 18. P. 95-100.

107. Bondar V.S., Pozdnyakova I.O., A.P. Puzyr. Applications of nanodiamonds for eparation and purification of proteins. // Phys. Solid State. 2004. V. 46. P. 758.

108. Gibson N., Shenderova O., Puzyr A., Purtov K., Grichko V., Luo T.J.M., Fitgerald Z, Bondar V., Brenner D. Nanodiamonds for detoxification, In: Technical Proceedings of the 2007 NSTI NanoTechnology Conference and Trade Show. 2007.

109. Puzyr A.P., Purtov K.V., Shenderova O.A., Luo M., Brenner D.W., Bondar V.S. The adsorption of aflatoxin B1 by detonation synthesis nanodiamonds. // Dokl. Biochem. Biophys. 2007. V. 417. P. 299.

110. Yeap W.S., Tan Y.Y., Loh K.P. Using Detonation Nanodiamond for the Specific Capture of Glycoproteins. // Anal. Chem. 2008. V. 80(12). P. 4659-4665.

111. Huang L.C., Chang H.C. Adsorption and immobilization of Cytochrome on nanodiamonds. // Langmuir. 2004.V. 20. P. 5879.

112. Krueger A. Liang Y.J., Jarre G. Stegk J. Surface functionalisation of detonation diamond suitable for biological applications. // Journal of Materials Chemistry. 2006. V. 16. P. 2322.

113. Hens S.C., Cunningham G., Tyler Т., Moseenkov S., Kuznetsov V, O. Shenderova. Nanodiamond bioconjugate probes and their collection by electrophoresis. // Diamond Relat. Mater. 2008. V. 17. P. 1858.

114. Kong X.L., Huang L.C., Hsu C.M., Chen W.H., Han C.C., Chang H.C. High-affinity capture of proteins by diamond nanoparticles for mass spectrometric analysis. // Anal. Chem. 2005. V. 77, P. 259.

115. Kong X., Huang L.C., Liau S.C., Han C.C., Chang H.C. Polylysine-coated diamond nanocrystals for MALDI-TOF mass analysis of DNA oligonucleotides. // Anal. Chem. 2005. V. 77. P. 4273.

116. Yeap W.S., Tan Y.Y., Loh KP. Using detonation nanodiamond for the specific capture of glycoproteins. // Anal. Chem. 2008. V. 80. P. 4659-4665.

117. Ushizawa K, Sato Y, Mitsumori T., Machinami T., Ueda T., Ando T. Covalent immobilization of DNA on diamond and its verification by diffuse reflectance infrared spectroscopy. // Chem. Phys. Lett. 2002. V. 351. P. 105.

118. Chung P.-H., Perevedentseva E., Cheng C.-L. The particle size-dependent photoluminescence of nanodiamonds. // Surface Science. 2007. V. 601. P. 3866-3870.

119. Aleksenskii A.E., Osipov V.Y, Vul A.Y., Ber B.Y., Smirnov A.B., Melekhin V.G., Lakoubovskii K. Optical properties of nanodiamond layers. // Phys. Solid State. 2001. V. 43. P. 145.

120. Chao J.I., Perevedentseva E., Chung P.H., Liu K.K., Cheng C.Y., Chang C.C., Cheng C.L. Nanometer-sized diamond particle as a probe for biolabeling. // Biophys. J. 2007. V. 93. P. 2199.

121. Liu K.K., Cheng C.L., Chang C.C., Chao J.I. Biocompatible and detectable carboxylated nanodiamond on human cell. // Nanotechnology. 2007. V. 18.

122. Aleksenskii A.E., Osipov V.Y, Kryukov N.A., Adamchuk V.K., Abaev M.I., Vul S.P., Vul A.Y. Optical properties of layers of ultradisperse diamond obtained from an aqueous suspension. // Tech. Phys. Lett. 1997. V. 23. P. 874.

123. Yu S.J., Kang M.W., Chang H.C., Chen KM., Yu Y.C. Bright fluorescent nanodiamonds: no photobleaching and low cytotoxicity. // J. Am. Chem. Soc. 2005. V. 127, P. 17604.

124. Hens S.C., Cunningham G., Tyler T., Moseenkov S., Kuznetsov V., Shenderova O. Nanodiamond bioconjugate probes and their collection by electrophoresis. // Diamond Relat. Mater. 2008. V. 17. P. 1858.

125. Mochalin V.N., Gogotsi Y. Wet Chemistry Route to Hydrophobic Blue Fluorescent Nanodiamond. // J. Am. Chem. Soc. 2009. V. 131. P. 4594-4595.

126. Murdock R.C., Braydich-Stolle L., Schrand A.M., Schlager J.J., Hussain S.M. Characterization of nanomaterial dispersion in solution prior to in vitro exposure using dynamic light scattering technique. // Toxicol. Sci. 2008. V. 101, P. 239.

127. Skebo J.E., Grabinski C.M., Schrand A.M., Schlager J.J., Hussain S.M. Assessment of metal nanoparticle agglomeration, uptake, and interaction using high-illuminating system. // Int. J. Toxicol. 2007. V. 26. P. 135.

128. Colpin Y., Swan A., Zvyagin A.V., Plakhotnik T. Imaging and sizing of diamond nanoparticles. // Optics Lett. 2006. V. 31. P. 625.

129. Perevedentseva E., Cheng C.Y., Chung P.H., Tu J.S., Hsieh Y.H., Cheng C.L. The interaction of the protein lysozyme with bacteria E. coli observed using nanodiamond labeling. // Nanotechnology. 2007. V. 18. P. 315102.

130. Титце Л., Айхер Т. Препаративная органическая химия. Реакции и синтезы в практикуме органической химии и научно-исследовательской лаборатории. М.: Мир. 2009. 707 с.

131. Карпец А.В. Влияние химического модифицирования на сорбционные и хроматографические свойства пористого дисперсного алмаза. Дипломная работа. М. 2007. 65 с.

132. Pretsch Е., Buhlmann P., Affolter С. Structure Determination of Organic Compounds. Tables of Spectral Data. Springer. 2000.P.421.

133. Беллами II. Новые данные по ИК-спектрам сложных молекул. М.: Мир. 1970. С.318.

134. Dementjev A., Maslakov К, Kulakova I, Korolkov V. Chemical state of C-atoms on modified nanodiamond surface. // Diamond Relat. Mat. 2007. №6. P. 2083 2086.

135. Mochalin V., Osswald S., Gogotsi Y. Contribution of functional groups to the Raman spectrum of nanodiamond powders. // Chem. Mater. 2009. 21. P. 273 -279.

136. Кулакова И.И., Тарасевич Б.Н., Руденко А.П., Доржпаламын Н., Губаревич Т.М. Природа и ИК-спектральные характеристики химически модифицированных ультрадисперсных алмазов. // Вестн. Моск. ун-та. Сер.2. Химия. 1993. 34, № 5. С. 506-510.

137. Б.А. Пател, К Рут, В. Падалко и др. Нанопористые алмазы в ВЭЖХ. // Межд. симп. «Детонационные наноалмазы: получение, свойства и применения». Санкт-Петербург, Россия. 2003. С. 72.

138. G.S. Yurjev. Strutural Analysis of Detonation Nanodiamond Inclusive of Core/Shell Hybrids. In: Diamond and Related Materials Reserch. Chapter 4. Ed. Sota Shimizu. Nova Sciece Publishers: NY. USA, 2008. P. 151-179.

139. G.S. Yur'ev, V.Yu. Dolmatov. X-ray diffraction analysis of detonation nanodiamonds. I I J. Superhard Mater. 2010. V. 32. P. 311-328.1. БЛАГОДАРНОСТИ