Метою проєкту є розроблення зшитих біополімерних нанокомпозитних гелевих матеріалів на основі полівінілового спирту, полісахаридів різного походження гіалуронової, альгінової та γ-поліглутамінової кислоти і наночастинок Ag чи ZnO для стимулювання регенерації живих тканих і загоєння ран.

Основні завдання проєкту:

1. Створити біополімерні гелеві матеріали полівініловий спирт – гіалуронова кислота, полівініловий спирт – альгінова кислота, полівініловий спирт – γ-поліглутамінова кислота у різних співвідношеннях полімерних компонентів з різним вмістом наночастинок Ag або ZnO.
2. Застосовуючи хімічні та фізичні методи провести зшивання отриманих біополімерних нанокомпозитних гелевих матеріалів.
3. Методами Raman, FTIR, WAXS, TEM та SEM виконати структурно-морфологічні дослідження отриманих матеріалів.
4. Методами ДСК, ТГА, ТМА дослідити теплофізичні та термомеханічні властивості вихідних і наповнених гелевих матеріалів.
5. Дослідити механічні властивості зразків.
6. Дослідити антимікробну, цито- та генотоксичну дію матеріалів.

Концепція сталого розвитку дослідницької інфраструктури:

У 2021 році в Інституті електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України за допомогою грантової підтримки Національного фонду досліджень України в межах проєкту № 2020.01/0222 (2020-2021) «Розробка нанокомпозитних полімерних біоматеріалів з ефективною противірусною та антимікробною дією і технології 3D друку виробів з них» конкурсу “Наука для безпеки людини та суспільства” було засновано новий інфраструктурний об’єкт – Лабораторію полімерного матеріалознавства.

Лабораторію було оснащено новітнім науковим обладнанням для структурних досліджень та механічних випробувань. Даний проєкт дозволить суттєво розширити науково-технічні можливості Лабораторії, зокрема в сфері морфологічних та теплофізичних досліджень, та в подальшому створити на її основі унікальний Науково-дослідний центр полімерного матеріалознавства, а в перспективі – Державну Ключову Лабораторію.

Водночас, для проведення наукових досліджень, в першу чергу, необхідний розвиток кадрового потенціалу. Тому однією з першочергових, хоч і не прямою науковою задачею, є підготовка молодих наукових кадрів. І ця задача вже успішно вирішується завдяки плідному співробітництву відділу зварювання пластмас з різними факультетами НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського». Це реалізується для студентів НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського», які проходять наукову практику, виконують дипломні роботи або проводять довготривалі дослідження в рамках індивідуальних проєктів.

В той же час, проєкт дозволить залучити більшу кількість студентів до наукової практики і навчання та молодих спеціалістів до науково-дослідних робіт.

Проєкт виконується Інститутом електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України, та спеціалістами від 3 організацій, а саме Інституту мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, Національного наукового центру радіаційної медицини, гемотології та онкології НАМН України та Київської міської клінічної лікарні № 1.

Команда проєкту – це вчені з різних галузей наук – хімії, фізики, мікробіології, генетики і технологій, які займаються проблемами створення полімерних та біополімерних матеріалів та наноматеріалів для різноманітних галузей промисловості, в першу чергу медичної, харчової, сільськогосподарської і т.д.

Валерій Леонідович ДЕМЧЕНКО

Доктор хімічних наук, старший дослідник
Керівник проєкту, провідний науковий співробітник відділу зварювання пластмас Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України

Максим Володимирович ЮРЖЕНКО

Член-кореспондент НАН України, доктор технічних наук, професор
Завідувач відділу зварювання пластмас Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України

Наталія Павлівна РИБАЛЬЧЕНКО

Кандидат біологічних наук, старший дослідник
Cтарший науковий співробітник відділу антибіотиків Інституту мікробіології і вірусології
ім. Д.К. Заболотного НАН України

Світлана Дмитрівна ЗАГОРОДНЯ

Кандидат біологічних наук, старший дослідник
Завідуюча відділу репродукції вірусів Інституту мікробіології і вірусології
ім. Д.К. Заболотного НАН України

Олена Миколаївна ДЕМЧЕНКО

Кандидат біологічних наук, старший дослідник
Старший науковий співробітник відділу медичної генетики Національного наукового центру радіаційної медицини, гемотології та онкології НАМН України

Сергій Сергійович ПОДПРЯТОВ

Лікар вищої категорії, доктор медичних наук
Лікар–хірург Київської міської клінічної лікарні №1

Ілля Олегович СИТНИК

Cтудент НТУУ «КПІ імені Ігоря Сікорського»
Технік 1-ої категорії відділу зварювання пластмас Інституту електрозварювання
ім. Є.О. Патона НАН України

В основу проєкту BiopolGEN покладено результати проєкту Biopol (проєкт № 2020.01/0222 (2020-2021) «Розробка нанокомпозитних полімерних біоматеріалів з ефективною противірусною та антимікробною дією і технології 3D друку виробів з них», отриманий за грантової підтримки Національного фонду досліджень України конкурсу “Наука для безпеки людини та суспільства”), який у 2020 році був визнаний НФДУ переможцем конкурсу із виконання наукових досліджень і розробок та був успішно виконаний.

В результаті виконання проєкту будуть встановлені основні структурно-морфологічні закономірності формування біополімерних гелевих нанокомпозитних матеріалів (зокрема розміру, форми й розподілу наночастинок у полімерних матрицях). Це дасть змогу виявити особливості регулювання розміру наночастинок, вирішити проблеми їх стабілізації і забезпечення вузькодисперсного рівномірного розподілу в полімерній матриці, а також встановити зв’язок між структурою, морфологією, антимікробними властивостями та ефективністю до регенерації і загоєнням ран біополімерних гелевих нанокомпозитних матеріалів з метою розробки найбільш ефективних складів матеріалів.

Очікується, що проєкт BiopolGEN закінчиться на рівні TRL не менше 4. В той же час, для підвищення рівня TRL розробки за проєктом з метою її виведення на рівень TRL 5-6 і вище та пошуку потенційних інвесторів, а відповідно, забезпечення стійкого фінансування інфраструктурного об’єкту за рахунок впровадження розробки у виробництво, члени команди проєкту приймають та прийматимуть участь у різних пітчинг-заходах, таких як Innovation Breakthrough Day 2023, організований НФДУ спільно з МОН України, UFS та YEP, в якому члени колективу вже приймали участь,

хакатонах, таких як «Raw Materials Hackathon: CHANGE4FUTURE» або хакатон «Інновації у сфері глибоких технологій»,

та акселераційних програмах таких, як «Development and Renovation та Science Intensive Innovation», що реалізувалися Vacuum DeepTech Acceleration за підтримки програми USAID «Конкурентоспроможна економіка України».

та інших подібних заходах.

Розглядаючи результати проєкту на рівні TRL 4 як pre-seed StartUp Funding application, участь членів команди проєкту у подібних заходах надасть можливості досягти рівня TRL 5-6 та перейти вже у статус seed, що і забезпечуватиме у подальшому стійке фінансування інфраструктурного об’єкту – Лабораторії полімерного матеріалознавства вже з розширеними науково-технічними можливостями. Це, безумовно, дозволить команді проєкту конкурувати із закордонними колегами при подачі нових проєктів, зокрема на Європейські програми HORIZON Europe, ERA тощо.

1. 1. Демченко В. Л., Загородня С. Д., Рибальченко Н. П., Артюх Л. О., Заремба П. Ю., Юрженко М. В., Ситник І. О., Овсянкіна В. О., Неймаш, В. Б. Полімерні гелеві матеріали на основі полівінілового спирту і наночастинок срібла. Вісник НТУУ “КПІ імені Ігоря Сікорського”. Серія: Хімічна інженерія, екологія та ресурсозбереження. 2024. №.3. С. 83–92. https://doi.org/10.20535/2617-9741.3.2024.312424

Доповіді за проєктом:

1. Demchenko V.L., Rybalchenko N.P., Iurzhenko M.V., Sytnyk I.O., Neymash V.B. Hydrogel materials based the polyvinyl alcohol and silver nanoparticles, cross- linked by electron beam irradiation. International conference on Welding and Related Technologies (WRT 2024), 7-10 October 2024, Yaremche, Ukraine .

Науковий доробок авторів проєкту:

1. Demchenko V., Riabov S., Sinelnikov S., Radchenko O., Kobylinskyi S., Rybalchenko N. Novel approach to synthesis of silver nanoparticles in interpolyelectrolyte complexes based on pectin, chitosan, starch and their derivatives. Carbohydrate Polymers. 2020. Vol. 242. P. 116431 (IF = 11.2, Q₁). https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.116431
2. Demchenko V., Iurzhenko M., Riabov S., Vashchuk A., Rybalchenko N., Zahorodnia S., Naumenko K., Demchenko O., Adamus G., Kowalczuk M. Nanocomposites based on polylactide and silver nanoparticles and their antimicrobial and antiviral applications. Reactive and Functional Polymers. 2022. Vol. 170. P. 105096 (IF = 5.1, Q₁). https://doi.org/10.1016/j.reactfunctpolym.2021.105096
3. Demchenko V., Rybalchenko N., Zahorodnia S., Naumenko К., Riabov S., Kobylinskyi S., Vashchuk A., Mamunya Ye., Iurzhenko M., Demchenko O., Adamus G., Kowalczuk M. Preparation, Characterization, Antimicrobial and Antiviral Properties of Silver-containing Nanocomposites based on Polylactic Acid–Chitosan. ACS Applied Bio Materials. 2022. Vol. 5. P. 2576–2585 (IF = 4.7, Q₁). https://doi.org/10.1021/acsabm.2c00034
4. Demchenko V., Mamunya Ye., Kobylinskyi S., Riabov S., Naumenko К., Zahorodnia S., Povnitsa O., Rybalchenko N., Iurzhenko M., Adamus G., Kowalczuk M. Structure-MorphologyAntimicrobial and Antiviral Activity Relationship in Silver-Containing Nanocomposites Based on Polylactide. Molecules. 2022. Vol. 27. P. 3769 (IF = 4.6, Q₁). https://doi.org/10.3390/molecules27123769
5. Demchenko V.L., Kobylinskyi S.M., Rybalchenko N.P., Iurzhenko M.V., Rokytskyi M.O., Demchenko O.M. Effect of cationic polyelectrolyte on the structure and antimicrobial activity of silver-containing nanocomposites based on interpolyelectrolyte complexes with a pectin anionic component. Applied Nanoscience. 2022. Vol. 4, No 12. P. 459–466 (IF = 3.87, Q₂). https://doi.org/10.1007/s13204-021-01670-5
6. Demchenko V.L., Kobylinskyi S.M., Riabov S.V., Shtompel V.I., Iurzhenko M.V., Rybalchenko N.P. Novel approach to formation of silver-containing nanocomposites by thermochemical reduction of Ag+ ions in interpolyelectrolyte-metal complexes. Applied Nanoscience. 2020. Vol. 10, No 12. P. 5409–5419 (IF = 3.87, Q₂). https://doi.org/10.1007/s13204-020-01368-0
7. Demchenko V., Riabov S., Kobylinskyi S., Goncharenko L., Rybalchenko N., Kruk A., Moskalenko O., Shut M. Effect of the type of reducing agents of silver ions in interpolyelectrolyte-metal complexes on the structure, morphology and properties of silvercontaining nanocomposites. Scientific Reports. 2020. Vol. 10, No 1. P. 1–9 (IF=4.6, Q₁). https://doi.org/10.1038/s41598-020-64079-0
8. Demchenko V., Riabov S., Rybalchenko N., Goncharenko L., Kobylinskyi S., Shtompel’ V. X-ray study of structural formation, thermomechanical and antimicrobial properties of copper-containing polymer nanocomposites obtained by the thermal reduction method. European Polymer Journal. 2017. Vol. 96. P. 326–336 (IF=6.0, Q₁). https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2017.08.057
9. Demchenko V., Shtompel’ V., Riabov S. Nanocomposites based on interpolyelectrolyte complex and Cu/Cu2O core-shell nanoparticles: Structure, thermomechanical and electric properties. European Polymer Journal. 2016. Vol. 75. P. 310–316 (IF=6.0, Q₁). https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2016.01.004
10. Demchenko V., Riabov S., Shtompel’ V. X-ray study of structural formation and thermomechanical properties of silver-containing polymer nanocomposites. Nanoscale Research Letters. 2017. Vol. 12. P. 235–240 (IF=5.4, Q₁). https://doi.org/10.1186/s11671-017-1967-2
11. Патент на винахід № 114386, Україна, МПК (2017.01) C08J 3/00 B82Y 30/00 B82B 3/00. Спосіб одержання металонаповнених полімерних нанокомпозитів / Демченко В.Л., Гончаренко Л.А., Штомпель В.І., Рябов С.В. // 25.05.2017, Бюл. № 10. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=235619
12. Патент на винахід № 116751, Україна, МПК (2018.01) C08J 3/00 C08J 3/20 (2006.01) B82B 3/00 B82Y 30/00. Спосіб одержання металонаповнених полімерних нанокомпозитних матеріалів / Демченко В.Л., Гончаренко Л.А., Рябов С.В. // 25.04.2018, Бюл. № 8. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=246262
13. Патент на винахід № 124127, Україна, МПК (2021.01) C08K 3/08 (2006.01) B82Y 30/00. Біодеградабельний металонаповнений полімерний нанокомпозит з антибактеріальними властивостями / Демченко В.Л., Юрженко М.В., Кобилінський С.М., Гончаренко Л.А., Масючок О.П. // 21.07.2021, Бюл. № 29. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=277188
14. Патент на винахід № 124126, Україна, МПК (2021.01) C08K 3/08 (2006.01) B82Y 30/00. Бактерицидний сріблонаповнений полімерний нанокомпозит / Демченко В.Л., Юрженко М.В., Кобилінський С.М., Гончаренко Л.А. // 21.07.2021, Бюл. № 29. https://base.uipv.org/searchINV/search.php?action=viewdetails&IdClaim=277187

Валерій Леонідович ДЕМЧЕНКО

Доктор хімічних наук, старший дослідник
Керівник проєкту, провідний науковий співробітник відділу зварювання пластмас
Інституту електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України

dvaleriyl@ukr.net
https://paton.org.ua/naukovi–viddili/viddil-80/