Обект на проекта са течнокристалните нанокомпозити (ТКНК) и бионанокомпозитите (БНК), които заемат съществен дял от съвремената нанонаука. Това са перспективни наноматериали с възможности за ефективно приложение в съвременните фотонни устройства, биомембранологията и биомедицината. ТКНК-ти и БНК-ти са смеси на ТК или клетъчни бислойни липидни мембрани (КБЛМ) с функционализирани (ФНЧ) или нефункционализирани наночастици (НЧ).
Основно изискване към НК-те, които намират приложение във фотониката, сензориката и биомедицината е съвместимостта на ТК-ли и БЛМ-ни, разглеждани като матрици-домаки, с НЧ-ците. Тази съвместимост се изразява в комбинацията от самоорганизиращите свойства на анизотропните матрици и пренасянето им върху свойствата на наночастиците, както и обратно, пренасяне на свойствата на НЧ върху ТК или БЛМ.
Близките физикохимични, термични и оптични свойства на ТК-ли и КБЛМ-ни, както и тяхната сходна структурна с течнокристалното състояние на материята, което обхваща и живата материя, ни дават основание да използваме ТКНК-ти, като удобна среда за провеждане на анализи на структурите и функционалните процеси, характерни за живата материя.
В проекта ще се изследва един основен проблем: взаимодействието на НЧ-и и на бета-амилоидни (βА) пептиди с ТК-ли и КБМ-ни, на структурно и функционално ниво. Това взаимодействие и неговия контрол са в основата на формирането на нови функционални възможности на НК-те, като електрооптичен контрол и пренастройване на фотонните прибори, в това число ЕО управляемите полимерно диспергирани ТК, полупроводниковите лазери VCSEL.
Нещо повече, то ни позволява осмислянето на процеса на взаимодействие на βА с КБЛМ-ни, водещ до патологични заболявани, като болестта на Алцхаймер (БА).
В проекта ще се акцентира и на природата на силите на взаимодействие матрица/НЧ, между които попадат и водородните връзки, типични за димерни ТК-ли и КБМ-ни. Колективът има в наличност необходимата за тази цел съвременна апаратура и учени с дългогодишен опит във физиката на течните кристали и биомебраните.
Следвайки изискванията, необходими за постигане на ТКНК-ти с нископрагов ЕО контрол и бърз ЕО отклик, ние ще приготвим НК-ти от доказани в областа на фотониката ТК-ли и подбрани НЧ-ци.
Проектният колектив разполага със съвременни методи за изследване на нанокомпозитите, между които и създадения от колектива метод на флексоелектричната спектроскопия, ефективен за изучаване на дисипацията на повърхностната ориентационна енергия и оценяване на физичните константи на ТКНК-ти.
Ще приложим методи за ЕО пренастройване на елементи, които да са приложими във фотонни прибори с управляеми оптични процеси, като фазова модулация, поляризационно превключване, както във VCSEL така и в оптични системи за контрол.
Ще предложим молекулен и макроскопичен модели на намерената от проектния колектив смектичната CG фаза, с уникални фероелектрични свойства, като отчетем характерния за нея 2D смектичен наклон.
Важен етап от разработката и установяването на ефективни диагностични методи и съответните фармакологични приложения представлява задълбоченото изследване на физикохимичните механизми на взаимодействие на моделни мембранни системи с активни биополимери.
Проектното предложение цели създаването на нови научни знания за физичните свойства на изследваните бионанокомпозити в резултат на обединяването на мултидисциплинарен подход, широка научна експертиза и модерна методология. Изследването на механичните и електричните свойства на липидни мембрани, модифицирани с биополимери, е от особено значение за изясняването на ролята им при отключването и развитието на социално значими заболявания и разкриването на нови терапевтични стратегии и подходи.
МОН, Фонд „Научни Изследвания“, Конскурс за финансиране на фундаментални научни изследвания – 2021 г. Физически науки
Ръководител на научния колектив:
Доцент доктор на физическите науки Йордан Маринов
Участници:
