Плазмонне підсилення оптичних властивостей гібридних наносистем “полімер – наночастинки металу – флюорофор”

Хорт П.С. Плазмонне підсилення оптичних властивостей гібридних наносистем “полімер – наночастинки металу – флюорофор” : дис. ... доктора філософії : 104 Фізика та астрономія. Київ, 2026. 194 с.

Хорт П.С. Плазмонне підсилення оптичних властивостей гібридних наносистем “полімер – наночастинки металу – флюорофор” – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 104 «Фізика та астрономія» (10 – Природничі науки). –Київський національний університет імені Тараса Шевченка. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2026.
Дисертаційна робота присвячена вивченню плазмонних ефектів в потрійних гібридних наносистемах типу “полімер – наночастинки металу – флюорофор”. Дисертація складається зі вступу, п’яти оригінальних розділів, висновків, списку використаних джерел та додатку.
У вступі наведено обґрунтування вибраної теми досліджень, визначено мету, сформульовано об’єкт та предмет досліджень, окреслено методи проведення досліджень, вказано зв’язок роботи з науковими програмами та апробацію досліджень.
У першому розділі зроблено огляд сучасного стану досліджень за обраною тематикою. Розглянуто механізми виникнення поверхневого плазмонного резонансу в наночастинках металів, застосування таких частинок, та особливості плазмонного підсилення оптичних процесів металевими наночастинками. Викладено основи теорії гібридизації плазмонних та екситонних станів. Наведено інформацію про застосування термочутливих полімерів в фотоніці та медицині, а також описано фізичний принцип фотодинамічної терапії.
У другому розділі міститься опис об’єктів досліджень, їх синтезу та виготовлення, а також детальна інформація про використані в роботі експериментальні методи досліджень. Досліджувані системи – трьохкомпонентні наногібриди “полімер – наночастинки металу – флюорофор” досліджувалися переважно оптичними методами, а саме шляхом вимірювання спектрів поглинання та фотолюмінесценції, а також за допомогою методу динамічного розсіяння світла. Додатково, для визначення морфології систем було застосовано метод просвічуючої електронної мікроскопії.
В третьому розділі розглядаються системи “термочутливий полімер D-g-PNIPAM – наночастинки золота – флюорофор”. Як флюорофор використовувалися органічний барвник перілендіїмід та квантові точки CdTe. У спектрі поглинання водного розчину наночастинок D-g-PNIPAM/НЧ Au/КТ CdTe спостерігалося розщеплення піку поглинання, яке вказує на утворення плекситонів – квазічастинок у гібридній наносистемі, що виникають внаслідок резонансної взаємодії (гібридизації) поверхневих плазмонів у наночастинках Au та екситонів у квантових точках CdTe. Величина плекситонного розщеплення (0,84 еВ) виявилася більшою, ніж комбінована спектральна ширина піків плазмона та екситона (0,11 еВ), що свідчить про існування сильного плазмон-екситонного зв’язку. Для систем D-g-PNIPAM/НЧ Au/PDI було виявлено оборотний ефект підсилення-гасіння фотолюмінесценції в 1,5 рази під час циклу нагрівання-охолодження в діапазоні температур 25–47 °C.
В четвертому розділі було розглянуто системи “полімер – наночастинки металу – фотосенсибілізатор цинк-тетрафенілпорфірин”. Як полімер використовувалися декстран-поліакриламід та декстран-поліакриламід в аніонній формі. Матеріалом металевих наночастинок були Au або Ag. Для систем ZnTPP/D-g-PAA/НЧ Au, котрі виявилися стійкими до агрегації та випадіння осаду, було виявлено плазмонне підсилення фотогенерації синглетного кисню в 3.2 рази, а також високий рівень бактерицидної ефективності відносно колоній Staphylococcus aureus. У системах ZnTPP/D-g-PAAan/НЧ Au було отримано 2.6-кратне плазмонне підсилення фотогенерації синглетного кисню порівняно з вільним ZnTPP, а також швидку та ефективну інактивацію Staphylococcus aureus такими системами під впливом світлового опромінення. Для систем ZnTPP/D-g-PAA/НЧ Au та ZnTPP/D-g-PAA/НЧ Ag фотодинамічну ефективність було оцінено in vitro з використанням ракових клітин лінії LNCaP. Для обох систем спостерігалося збільшення рівня фотогенерації синглетного кисню, та було виявлено, що наногібриди ZnTPP/D-g-PAA/НЧ Ag мають значно вищу протиракову активність (82%) порівняно з ZnTPP/D-g-PAA/НЧ Au (45%).
У п’ятому розділі було досліджено системи ZnTPP/D-g-PNIPAM/НЧ Au. Було виявлено агрегаційну стабільність таких систем до 7 днів після змішування. Спостерігалося збільшення фотогенерації синглетного кисню такою системою в 2.7 рази порівняно з вільним ZnTPP. Біологічні дослідження in vitro з Staphylococcus aureus показали хороший рівень фотодинамічної ефективності такої системи, причому було помічено значне підвищення бактерицидної ефективності системи при температурах вище точки LCST переходу та низьких дозах світлового опромінення.

Ключові слова: наночастинки, поверхневий плазмонний резонанс, плазмонне підсилення, полімерні наноносії, фотодинамічна терапія, плекситони, флюоресценція.