Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.)

У доповіді зазначено, що фундаментальні та прикладні дослідження, які виконуються в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, становили підґрунтя для створення нового перспективного технологічного напряму — колоїдної біотехнології. Також розроблено інноваційні технологічні рішен...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2023
Автор:	Прокопенко, В.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2023
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	З кафедри Президії НАН України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201468
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.) / В.А. Прокопенко // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 8. — С. 74-78. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-201468
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-2014682025-01-20T14:30:41Z Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.) Прокопенко, В.А. З кафедри Президії НАН України У доповіді зазначено, що фундаментальні та прикладні дослідження, які виконуються в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, становили підґрунтя для створення нового перспективного технологічного напряму — колоїдної біотехнології. Також розроблено інноваційні технологічні рішення, методи, методики та матеріали, які мають застосування в різних галузях — в екології, біогеохімії, матеріалознавстві, наномедицині, ветеринарії тощо. The report states that fundamental and applied research carried out at the F.D. Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of the NAS of Ukraine formed the basis for the creation of a new promising technological direction — colloidal biotechnology. Innovative technological solutions, methods, techniques and materials which are used in various fields — environmental science, biogeochemistry, materials science, nanomedicine, veterinary medicine, etc. have also been developed. 2023 Article Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.) / В.А. Прокопенко // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 8. — С. 74-78. — укр. 1027-3239 DOI: doi.org/10.15407/visn2023.08.074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201468 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України
spellingShingle	З кафедри Президії НАН України З кафедри Президії НАН України Прокопенко, В.А. Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.) Вісник НАН України
description	У доповіді зазначено, що фундаментальні та прикладні дослідження, які виконуються в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, становили підґрунтя для створення нового перспективного технологічного напряму — колоїдної біотехнології. Також розроблено інноваційні технологічні рішення, методи, методики та матеріали, які мають застосування в різних галузях — в екології, біогеохімії, матеріалознавстві, наномедицині, ветеринарії тощо.
format	Article
author	Прокопенко, В.А.
author_facet	Прокопенко, В.А.
author_sort	Прокопенко, В.А.
title	Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.)
title_short	Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.)
title_full	Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.)
title_fullStr	Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.)
title_full_unstemmed	Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.)
title_sort	фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні президії нан україни 14 червня 2023 р.)
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2023
topic_facet	З кафедри Президії НАН України
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/201468
citation_txt	Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.) / В.А. Прокопенко // Вісник Національної академії наук України. — 2023. — № 8. — С. 74-78. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT prokopenkova fundamentalʹnítaprikladníaspektirozvitkusučasnoíbíokoloídnoíhímíístenogramadopovídínazasídanníprezidíínanukraíni14červnâ2023r
first_indexed	2025-02-09T04:32:04Z
last_indexed	2025-02-09T04:32:04Z
_version_	1823552857186500608
fulltext	74 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (8) ФУНДАМЕНТАЛЬНІ ТА ПРИКЛАДНІ АСПЕКТИ РОЗВИТКУ СУЧАСНОЇ БІОКОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ Стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 року У доповіді зазначено, що фундаментальні та прикладні дослідження, які виконуються в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН Укра- їни, становили підґрунтя для створення нового перспективного техноло- гічного напряму — колоїдної біотехнології. Також розроблено інноваційні технологічні рішення, методи, методики та матеріали, які мають засто- сування в різних галузях — в екології, біогеохімії, матеріалознавстві, на- номедицині, ветеринарії тощо. Вельмишановний Анатолію Глібовичу! Вельмишановні присутні! Вивчення властивостей та станів біологічних систем, насамперед клітин, у процесах їх взаємодії з мінеральними фазами мікро- та нанорозмірів привело до відкриття явища вибіркової гетероко- агуляції мінеральних колоїдних частинок з мікроорганізмами, а також явища дифузіофорезу, які в реєстрі Держкомвинаходів зареєстровані як відкриття під № 361 і № 376 відповідно. Результати фундаментальних досліджень цих явищ стано- вили основу нового розділу колоїдної науки — біоколоїдної хімії, яка ґрунтується на базових уявленнях про колоїди. Біо- колоїдні процеси, однак, визначаються чотирма факторами, що принципово відрізняють їх від традиційних: 1) наявність дисперсної фази клітин і біополімерів та висо- коконцентрованого і складного за вмістом електроліту диспер- сійного середовища (як, наприклад, у плазмі крові); 2) складна, комплексна природа (білки, ліпіди тощо) зо- внішньої оболонки біологічних клітин і мікроорганізмів, які цією оболонкою контактують одні з одними та/або з мінераль- ними частинками через відповідні приповерхневі структури і дисперсійне середовище; 3) безперервна зміна складу дисперсійного середовища в ре- зультаті життєдіяльності «живих» дисперсних фаз — клітин і мікроорганізмів; 4) наявність реакції (відгуку) живих клітин та мікроорганіз- мів на зміну навколишнього — дисперсійного — середовища, ПРОКОПЕНКО Віталій Анатолійович — доктор технічних наук, директор Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України doi: https://doi.org/10.15407/visn2023.08.074 ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 8 75 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ яка у свою чергу викликає нові зміни цього середовища за складом та структурою припо- верхневих утворень, що значною мірою впли- ває на будову і властивості такої біоколоїдної системи в цілому. Ці чотири фактори визначають основний зміст біоколоїдної хімії — вивчення процесів взаємодії між об’єктами живої та неживої при- роди, на чому, як одному з ключових питань, акцентував увагу академік В.І. Вернадський. Концепція, яка лежить в основі механізмів біоколоїдних процесів, ґрунтується на закла- деній природою селективній взаємодії біо- логічних клітин з колоїдними мінеральними частинками. Ця концепція вперше дала змогу розглянути в комплексі такі процеси, як: • спрямований рух мінеральних частинок поблизу живої клітини — дифузіофорез; • зворотну і незворотну адгезію мінераль- них частинок на поверхні клітини; • проникнення мінеральних частинок усе- редину клітини через плазматичну мембрану і «вбудовування» їх у клітинні структури. Дослідження цих процесів та їх механізмів дозволили сформулювати поняття метало- фільності як генетично детермінованої власти- вості, що відображає систему взаємодій клітин з мікро- і наночастинками мінеральної приро- ди і включає: • здатність клітин акумулювати (в тому числі й селективно) метали в кількостях, які значно перевищують їх кількості у навколиш- ньому середовищі; • прояв металорезистентності клітин мікро- організмів; • нездатність клітин мікроорганізмів роз- виватися в середовищах, позбавлених певних металів. У сукупності ці уявлення дозволили розро- бити методологічні принципи низки приклад- них напрямів та інноваційні рішення у гірни- чозбагачувальній галузі, агропромисловому виробництві, екологічній безпеці, охороні здоров’я та ветеринарії. Напрям «колоїдні біотехнології» — це ство- рення і використання у промисловості біотех- нологічних процесів збагачення металів, таких як золото, платина, вольфрам, ніобій тощо, з руд та іншої дисперсної сировини. Ми ство- рили технологію «Біоселект», на основі якої можна розробляти процеси вилучення-зба- гачення широкого кола об’єктів металургії та гірничозбагачувального комплексу. За цією технологією спеціально розробленими мето- дами можна отримувати асоціати мікроорга- нізмів, які використовуються як високоселек- тивні флокулянти та сорбенти в стандартних процесах флотації при вилученні, зокрема, зо- лота (апробовано на двох золотовидобувних фабриках), оксиду вольфраму (апробовано на кавказькому Тирниаузькому ГЗК). Цю техно- логію запропоновано також як альтернативу гравітаційному процесу на Мужіївському зо- лоторудному родовищі в Україні. Додавання ~20 г мікроорганізмів на тонну руди в стан- дартному технологічному процесі флотаційно- го збагачення дозволяє підвищити ступінь ви- лучення золота на 5—20 %, а оксиду вольфра- му — на 5—10 %. Цю технологію можна також застосовувати для вилучення радіонуклідів, широкого кола токсичних сполук з природних і техногенних вод. В іншій розробленій нами технології «Біо- цитан» втілено закономірності переведення мікроорганізмами іонів металів в окремі дис- персні фази для мікробіологічного руйнуван- ня особливо токсичних реагентів — ціанідів та роданідів як компонентів викидних техноло- гічних розчинів гідрометалургії з одержанням додаткових кількостей металів, які в іншому разі втрачаються. Ще одним цікавим, на наш погляд, рішен- ням є створення ферумвмісних біокомпозитів на основі клітин, наприклад мікроводорості (Chlorella vulg.), та ферумоксигенвмісних міне- ральних фаз, утворених цими клітинами як на своїй поверхні, так і всередині за рахунок від- новної сорбції феруму з водних розчинів солей заліза. Такий біокомпозит здатний вилучати, на- приклад, дисперсне золото з руди. Він може акумулювати частинки золота як мембраною, так і ферумоксигенвмісними фазами, а також дає змогу вилучати утворений агрегат за допо- 76 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (8) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ могою магнітної сепарації з високими показ- никами (85 % мас. і більше). На превеликий жаль, усі зазначені вище практичні розробки, незважаючи на те, що де- які з них було доведено навіть до промисло- вого впровадження, з відомих політичних та економічних причин не отримали подальшого логічного розвитку. Однак з огляду на те, що частина вчених і фахівців, які брали участь у їх створенні, ще активно працюють, ми споді- ваємося, що якраз зараз є шанс, що напрацьо- ваний досвід у цій галузі може бути ефективно втілений в життя. З’ясування первинних механізмів акумуля- ції металів або їх сполук, вибірковість процесу, а також перехід до нанорозмірних систем дали змогу встановити механізми процесів взаємо- дії наночастинок деяких металів (Au, Ag, Fe, Bi, Cu, Se та ін.) з різними за природою кліти- нами (еукаріотичними та прокаріотичними), їх структурами і компонентами. За цим напрямом в Інституті біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України прово- дять роботи, спрямовані на розроблення: • засобів діагностики та цільової терапії он- кологічних захворювань з використанням на- ночастинок металів; • високоефективних комплексних метало- вмісних імунобіологічних препаратів (пробіо- тиків, вакцин тощо); • фармпрепаратів на основі наночастинок металів для лікування туберкульозу, сепсису, нозокоміальних інфекцій; • наноконструкцій з використанням нано- частинок золота для цільової доставки кардіо- тропних та антиапоптозних препаратів; • технологій застосування та впровадження в практику фармпрепаратів на основі наночас- тинок металів; • протианемійного препарату на основі на- ночастинок заліза. Крім того, ми проводимо сертифікацію на- ночастинок металів як біологічно активних субстанцій відповідно до норм ЄС. Результати досліджень засвідчили широкий спектр біологічної активності нанорозмірних частинок, синтезованих ученими нашого Ін- ституту. Особливу роль відіграють наносис- теми на основі золота і срібла. Ми навчилися отримувати їх зразки різних геометричних форм, різних розмірів, що є важливим, а іноді й принциповим для фармакологічних власти- востей таких систем та їхньої біобезпечності. Розроблено також пакет нормативних доку- ментів щодо одержання нанорозмірних части- нок та контролю їх біологічної безпечності. Це уможливило формування нових унікаль- них підходів до ключових проблем наноме- дицини, нанобіотехнологій та нанофармації. Насамперед це боротьба із соціально небез- печними захворюваннями — туберкульозом, септичними ураженнями та ін., ризики актив- ного поширення яких у воєнний та повоєнний час є доволі великими. Так, в Інституті розро- блено активні субстанції для лікування тубер- кульозу, зокрема його резистентних форм, на основі наночастинок металів та їх кон’югатів з ізоніазидом. Для цього було синтезовано біо- безпечні наночастинки металів з високою ту- беркулоцидною активністю щодо клінічних ізолятів. Роботи в цьому напрямі активно про- довжуються. Крім того, ми працюємо над створенням методів подолання антибіотикорезистентнос- ті бактерій — збудників інфекційних хвороб людини і тварин із застосуванням нанобіоком- позитного матеріалу на основі лактобактерій і біогенних наночастинок срібла у складі про- біотика. В Інституті розроблено засоби з нанороз- мірними частинками для потреб медицини, ветеринарії, косметології. Зокрема, експери- ментальний препарат «Nano-Ag/Au» показав значно більшу ефективність порівняно з пре- паратами на основі декаметоксину та хлор- гексидину біглюконату, до того ж він істотно прискорює відновлення кісткової тканини при переломах, зокрема при щелепно-лицевих травмах. Іншими прикладами є протианемій- ний препарат «Нанофер», біостимулятор для росту птиці на основі наночастинок вісмуту «Нановіс-К», лінійка аплікаційних лікуваль- них і реабілітаційних засобів «Пелосид» на основі глибоководних донних пелітових від- ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2023, № 8 77 З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ кладень Чорного моря, зразки лікувальної кос- метики з наночастинками Au, Ag, ZnO (баль- зами для губ, креми, УФ-фільтри для шкіри). Ще одна цікава наша розробка медичного призначення — це кровоспинний засіб «Коа- гулокс+», який ми випустили дослідними пар- тіями й отримали позитивні висновки кількох експертних центрів. Цей препарат характери- зується прискореною кровоспинною, антибак- теріальною та регенеративною дією. На основі гібридних гідрогелів створено ма- теріали для протиопікової терапії, проведення відновних та реконструктивних імплантацій- них операцій в окулоорбітальній ділянці та на обличчі загалом, що зараз є особливо актуаль- ним через значне збільшення кількості пацієн- тів з такими травмами, що постраждали вна- слідок бойових дій. Інша розробка для військової та цивіль- ної медицини — біокомпозитний матеріал на основі синтетичного гідроксиапатиту та β-три- кальцій фосфату для відновлення кісток при лікуванні чи протезуванні травмованих кінці- вок. Створено модельні імплантати з регульо- ваною швидкістю резорбції та високими анти- бактеріальними властивостями і розроблено одностадійний технологічний процес одер- жання гранульованого матеріалу. Встановлено, що наночастинки можуть бути активними модуляторами метаболізму мікро- біоти. На реальних системах, у тому числі про- мислових штамах бактерій Clostridium та E. coli, спільно з Інститутом ветеринарної медицини НААН України ми провели дослідження, які довели, що нанорозмірні сферичні частинки міді (20 нм) та заліза (40 нм) зумовлюють при- ріст біомаси більш ніж утричі. Це відкриває шлях до суттєвої інтенсифікації процесу, який є визначальним у виробництві промислових мікроорганізмів — продуцентів ветеринарних імунобіологічних засобів (вакцин, пробіотиків тощо). Це дуже важливо для повоєнного від- новлення обсягів виробництва продукції тва- ринництва. Не можу обійти увагою і таку важливу тему наших досліджень, як діагностика захворю- вань та біосенсорика. Встановлено, що вико- ристання нанопризм золота, модифікованих полісахаридами, є ефективним для біодетекції ракових клітин та біополімерів, як супутників різних захворювань. Річ у тім, що нанокрис- тали золота, модифіковані полісахаридами, селективно агрегують з раковими клітинами. Темнопольна оптична мікроскопія завдяки плазмонному резонансу дозволяє досить легко визначити ракові клітини, агреговані з криста- лами, оскільки вони яскраво світяться. Наночастинки золота різної геометрії до- зволяють створити нанокомпозити та нано- плівки, які значно підвищують ефективність роботи електрохімічних сенсорів для детекту- вання метаболітів, пов’язаних із соціально зна- чущими захворюваннями людини. Розроблено оптичні біо- та наносенсори з високою чутли- вістю і великою швидкістю відгуку на високо- патогенні бактерії. Принцип їх дії ґрунтується на специфічних хромогенних реакціях нано- частинок металів з патогенними бактеріями, що пришвидшує реакцію у 6 разів і забезпечує вищу чутливість порівняно з контролем. Створено пристрій для кількісного визна- чення концентрацій коліформних бактерій, а також відповідне програмне забезпечення, яке можна встановити на смартфоні. Ще один важливий результат — наночастин- ки в комплексі з ферментами (зокрема, глюко- зооксидазою) на поверхні планарних електро- дів істотно підвищують чутливість і специ- фічність визначення аналітів на стандартних приладах. Учені нашого Інституту створили низку експресних біосенсорних аналізаторів стану ґрунтів за показниками забрудненості та якості харчових продуктів. Серед переваг таких аналізаторів — портативність, експрес- ність (загальний час аналізу відібраних проб не перевищує 30 хв), низька собівартість, від- сутність потреби у спеціально навченому пер- соналі та високий рівень чутливості. Ці мо- більні прилади для експрес-аналізу можуть стати важливим елементом у роботі військової санітарної служби та відповідних агроеколо- гічних служб. На жаль, в Україні значні площі продук- тивних земель є виснаженими, забрудненими 78 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2023. (8) З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ токсичними речовинами, мають зруйновану структуру. В Інституті створено нанокомпози- ти та розроблено відповідні процеси ремедіації деградованих і малопродуктивних земель. Ми запропонували нанобіосубстрати, створені на основі гумінових та фульвокислот, полімета- левих наночастинок та екзополімерів, які се- ред іншого характеризуються високою струк- туротвірною здатністю. Крім того, розроблено і перевірено в промис- лових умовах біоколоїдний процес екоконвер- сії мулових відходів у гелеві нанокомпозитні субстрати для рослинництва. Цю безвідходну «зелену» технологію повної утилізації муло- вих осадів можна застосовувати на станціях біоочищення муніципальних стічних вод з од- ночасним одержанням комплексу матеріалів для ремедіації ґрунтів. Ще один напрям розробок Інституту по в’я- за ний з процесуванням харчових продуктів. За- стосування імпульсної електрообробки біома- си збільшує вихід продукції більш як на 50 %, забезпечує високу якість і чистоту екстрактів, зменшує їх деградацію, час процесування, ви- трати енергії та знижує вплив на довкілля. Результати зазначених вище робіт узагаль- нено у понад 400 наукових публікаціях, як правило, у виданнях високого міжнародного рівня. Серед них — 17 колективних моногра- фій, 12 з яких англомовні. Прикладні розробки захищено близько 100 патентами, в тому чис- лі й закордонними. Отримані нами результа- ти регулярно доповідаються на вітчизняних і міжнародних наукових конференціях і симпо- зіумах. Стратегія подальшого розвитку Інституту біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України відповідає пріоритетним напрямам розвитку науки і техніки України на 2018— 2024 рр. і перебуває у руслі сучасних світових наукових тенденцій. Ми також враховуємо ре- алії сьогодення, намагаючись переорієнтува- тися на потреби воєнного та повоєнного часу, зосередившись на таких основних наукових напрямах: • біоколоїдна хімія природних та синтетич- них дисперсних систем і матеріалів, біоеколо- гія, біосенсорні системи, наномедицина; • фізична та колоїдна хімія дисперсних ма- теріалів, нанорозмірні колоїдні системи та на- номатеріали, макрокінетика і фрактальні влас- тивості дисперсних систем; • біотехнології збагачення мінеральної си- ровини та захисту навколишнього середовища, колоїдно-хімічне матеріалознавство, принци- пи, методи і технології одержання наноматері- алів та їх практичне використання, насамперед для військових потреб і завдань повоєнного відновлення країни. Дякую за увагу! За матеріалами засідання підготувала О.О. Мележик Vitalii A. Prokopenko F.D. Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8708-6502 FUNDAMENTAL AND APPLIED ASPECTS OF THE DEVELOPMENT OF MODERN BIOCOLLOIDAL CHEMISTRY Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, June 14, 2023 The report states that fundamental and applied research carried out at the F.D. Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of the NAS of Ukraine formed the basis for the creation of a new promising technological direction — colloidal biotechnology. Innovative technological solutions, methods, techniques and materials which are used in various fields — environmental science, biogeochemistry, materials science, nanomedicine, veterinary medicine, etc. have also been devel- oped. Cite this article: Prokopenko V.A. Fundamental and applied aspects of the development of modern biocolloidal chemis- try. Visn. Nac. Akad. Nauk Ukr. 2023. (8): 74—78. https://doi.org/10.15407/visn2023.08.074

Фундаментальні та прикладні аспекти розвитку сучасної біоколоїдної хімії (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 14 червня 2023 р.)

Репозитарії

Схожі ресурси