Лаборатория коллоидных систем и межфазных процессов
Научное направление
Создание функциональных биокомпозитов и бионанокомпозитов сочетанием полисахаридов друг с другом, с белками, полифенолами и с наноразмерными неорганическими частицами, синтезируемыми in situ методом золь-гель химии.
Формирование материалов и синтезы проводятся методами зеленой химии – в водных растворах без использования органических растворителей, токсичных веществ и при температурах не выше 100 °С.
Основные достижения
Биоматериалы и бионанокомпозиты на основе полиэлектролитных комплексов хитозана с анионными полисахаридами, ДНК, наночастицами глин и углеродными нанотрубками. Для их формирования предложен оригинальный подход, заключающийся в регулируемом заряжении хитозана in situ в присутствии противоположно заряженных веществ и наночастиц.
Метод впервые описан в двух публикациях:
Shchipunov, Y.A., Ivanova, N.A., Sarin, S.A. In situ formation of chitosan hydrogels with anionic polysaccharides. Mendeleev Commun., 2009, vol. 19, no. 3, p. 149-151. doi.org/10.1016/j.mencom.2009.05.012.
Shchipunov, Y., Ivanova, N., Silant'ev, V., Bionanocomposites formed by in situ charged chitosan with clay. Green Chem., 2009, vol. 11, no. 11, p. 1758-1761. doi.org/10.1039/b914548f.
Результаты исследований суммированы в обзорах:
Postnova, I., Silant’ev, V., Sarin, S., Shchipunov, Y., Chitosan hydrogels and bionanocomposites formed through the mineralization and regulated charging. Chem. Rec., 2018, vol. 18, No. 7–8, p. 1247-1260. doi.org/10.1002/tcr.201800049.
Shchipunov, Y., Chitosan hydrogels prepared on the basis of polyelectrolyte complexes (A review). Russ. J. General Chem. 2026. vol. 96. e52. doi.org/10.1134/S1070363225607823.
Аэрогели из нано/микрофибриллярной целлюлозы как основа новых функциональных материалов для экологии, медицины и техники.
Оригинальный подход формирования аэрогелей впервые описан в:
Khlebnikov, O. N., Silantev, V. E., Shchipunov, Y. A., Dimensionally stable aerogels from cellulose mechanically treated to a moderate microfibrillar degree. Mendeleev Commun., 2018, vol. 28, no. 2, p. 214-215. doi.org/ 10.1016/j.mencom.2018.03.036.
Ряд новых бионанокомпозитов предложены в работах:
Postnova, I., Khlebnikov, O., Silant'ev, V., Shchipunov, Y. Dimensionally stable cellulosic aerogels functionalized by titania. Pure Appl. Chem. 2018. vol. 90. no. 11. p. 1755-1780. doi.org/ 10.1515/pac-2018-0706.
Buznik, V. M., Postnova, I. V., Khlebnikov, O. N., Samodurov, A. A., Rodaev, V. V., Shchipunov, Y. A. Ice reinforced with aerogels form nano/microfibrillated cellulose. Doklady Chem. 2025. vol. 520. no. 1. p. 40-51. doi.org/ 10.31857/S26869535250105e8.
Postnova, I., Khlebnikov, O., Sarin, S., Shchipunov,Y. Nano/microfibrillated cellulose as a structure-directing template for one-stage synthesis of ladder polysilsesquioxane in diluted aqueous solutions at ambient conditions. ACS Appl. Polym. Mater. 2025. vol. 7. no. 7. p. 4177-4182.
Биомиметическая минерализация методом золь-гель химии полисахаридов, белков и клеточных культур в условиях, максимально благоприятных для них – нейтральных средах, без добавления органических растворителей, кислот, щелочей и нагрева.
В основе метода находится новый прекурсор – аналог тетраэтоксисилана, в котором остатки этанола заменены на этиленгликоль, не вызывающего осаждения полисахаридов, денатурации белков и ферментов.
Разные приложения метода впервые описаны в работах:
Shchipunov, Y. A. Sol-gel derived biomaterials of silica and carrageenans. J. Colloid Interface Sci. 2003. vol. 268. no. 1. p. 68-76. doi.org/10.1016/S0021-9797(03)00457-0.
Shchipunov, Y. A., Karpenko, T. Y. Hybrid polysaccharide-silica nanocomposites prepared by the sol-gel technique. Langmuir 2004. vol. 20. no. 10. p. 3882-3887. doi.org/10.1021/la0356912.
Shchipunov, Y. A., Karpenko, T. Y., Bakunina, I. Y., Burtseva, Y., Zvyagintseva, T. N. A new precursor for the Immobilization of enzymes inside sol-gel derived hybrid silica nanocomposites containing polysaccharides. J. Biochem. Biophys. Methods. 2004. vol. 58. no. 1. p. 25-38. doi.org/10.1016/S0165-022X(03)00108-8.
Shchipunov, Y. A., Shipunova, N. Y. Regulation of silica morphology by proteins serving as a template for mineralization. Colloid Surf. B 2008. vol. 63. no. 1. p. 7-11. doi.org/ 10.1016/j.colsurfb.2007.10.022.
Результаты многолетних, многочисленных исследований представлены в обзорах:
Shchipunov, Y., Postnova, I. Cellulose mineralization as a route for novel functional materials. Adv. Funct. Mater. 2018. vol. 26. e1705042. doi.org/ 10.1002/adfm.201705042.
Shchipunov, Y., Biomimetic sol-gel chemistry to tailor structure, properties, and functionality of bionanocomposites by biopolymers and cells. Materials. 2023. vol. 17. e224. doi.org/10.3390/ma17010224.
Биокомпозиты и бионанокомпозиты, функционализированные полифенолами.
Полифенолы демонстрируют все виды биологической активности и отсутствие токсичности, что делает их востребованными в биомедицине, косметике и пище. Исследования находятся на начальном этапе. Из недавних публикаций следует отметить следующие:
Postnova, I., Shchipunov, Y. Tannic acid as a versatile template for silica monoliths engineering with catalytic gold and silver nanoparticles. Nanomater. 2022. vol. 12. e4320. doi.org/10.3390/nano12234320.
Postnova, I., Kurilenko, V., Shchipunov, Y. Long-term synergistic antimicrobial tannic acid-silver nanoparticles coating. J. Renew. Mater. 2025. vol. 13. no. 7. p. 1293-1313. doi.org/ 10.32604/jrm.2025.02024-0032.
Сотрудники
Карпенко Татьяна Юрьевна
Младший научный сотрудник
Сарин Сергей Александрович
Научный сотрудник
Публикации лаборатории
- Zheleznov V.V., Opra D.P., Saenko N.S., Sarin S.A., Sokolov A.A., Kuryavy V.G., Stonkus O.A., Ustinov A.Yu., Zavidnaya A.G., Shlyk D.H., Lukiyanchuk I.V., Gnedenkov S.V.. Improving the performance of hard carbon for sodium‑ion batteries by coating with molybdenum disulfide nanosheets // Journal of Materials Science . 2026. С. 2394–2411.
- Postnova I., Kurilenko V., Shchipunov Y.. Long-term synergistic antimicrobial tannic acid-silver nanoparticles coating // Journal of Renewable Materials . 2025. Т. 13, № 7. С. 1293–1313.
-
Sokolov A.A., Zheleznov V.V., Opra D.P.,, Saenko N.S.,, Sarin S.A., Gnedenkov S.V..
MoS2@hard carbon composite anode for sodium-ion batteries
// Химия и химическая технология в XXI веке: материалы XXVI Международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых имени выдающихся химиков Л.П. Кулёва и Н.М. Кижнера, посвященной 125-летию со дня рождения профессора Л.П. Кулёва. В 2 томах. Том 2 (г. Томск, 19–23 мая 2025 г.)
. 2025. С. 141–142.
РИНЦ
- Postnova I., Khlebnikov O., Sarin S., Shchipunov Y.. Nano/microfibrillated cellulose as a structure-directing template for one-stage synthesis of ladder polysilsesquioxane in diluted aqueous solutions at ambient conditions // ACS Applied Polymer Materials . 2025. Т. 7, № 7. С. 4177–4182.
-
Щипунов Ю.А..
Совместимый прекурсор для золь–гель минерализации коллоидных систем. Мини-обзор
// Коллоидный журнал
. 2025. Т. 87, № 6. С. 889–906.
Перевод: Compatible precursor for sol-gel mineralisation of colloidal systems. Mini-Review // Colloid Journal DOI →
-
Бузник В.М., Постнова И.В., Хлебников О.Н., Самодуров А.А., Родаев В.В., Щипунов Ю.А..
Упрочнение льда аэрогелями из нано/микрофибриллярной целлюлозы
// Доклады Российской академии наук. Химия, науки о материалах
. 2025. Т. 520, № 1. С. 41–52.
Перевод: Ice reinforced with aerogels form nano/microfibrillated cellulose // Doklady Chemistry DOI →
- Shchipunov Yu.A.. Biomimetic sol–gel chemistry to tailor structure, properties, and functionality of bionanocomposites by biopolymers and cells // Materials . 2024. Т. 17, № 1.
- Ignatieva L.N., Savchenko N.N., Marchenko Yu.V., Mashchenko V.A., Adichtchev S.V., Sarin S.A., Galkin K.N.. Oxyfluoroniobate glasses in the ZnNbOF5-BaF2-InF3 system // Journal of . 2024. Т. 623, № n-Crystalline.
-
Железнов В.В., Опра Д.П., Саенко Н.C., Сарин С.А., Соколов А.А., Курявый В.Г., Устинов А.Ю., Завидная А.Г., Лукиянчук И.В., Гнеденков С.В..
Композиционный материал на основе твердого углерода и дисульфида молибдена для отрицательного электрода натрий-ионных аккумуляторов
// Фундаментальные проблемы современного материаловедения
. 2024. Т. 21, № 4. С. 475–487.
Перевод: Composite material based on hard carbon and molybdenum disulfide as a negative electrode for sodium-ion batteries // Fundamental’nye problem sovremen DOI →
- Игнатьева Л.Н., Савченко Н.Н., Марченко Ю.В., Мащенко В.А., Сарин С.А.. Новые стекла в системах MNbOF5–BaF2–nF3 (M–Mn, Cd, Zn) // Вестник ДВО РАН . 2024, № 6. С. 187–202.
- Postnova I., Sarin S., Zinchenko A., Shchipunov Y.. DNA-chitosan aerogels and regenerated hydrogels with extraordinary mechanical properties // ACS Applied Polymer Materials . 2022.
- Postnova I., Shchipunov Y.. Tannic acid as a versatile template for silica monoliths engineering with catalytic gold and silver nanoparticles // Na . 2022. Т. 12, № materials.
- Morikawa K., Masubuchi Y., Shchipunov Y., Zinchenko A.. DNA-chitosan hydrogels: formation, properties, and functionalization with catalytic nanoparticles // ACS Applied Bio Materials . 2021. Т. 4, № 2. С. 1823–1832.
- Bovsun M.A., Castaldi S., Nesterova O.V., Semal V.A., Sakara N.A., Brikmans A.V., Khoklova A.I., Karpenko T.Yu.. Effect of biochar on soil CO2 fluxes from agricultural field experiments in Russian Far East // Agro . 2021. Т. 11, № my–Basel.
- Bovsun M.A., Castaldi S., Nesterova O.V., Semal V.A., Sakara N.A., Brikmans A.V., Khoklova A.I., Karpenko T.Yu.. Effect of biochar on soil CO2 fluxes from agricultural field experiments in Russian Far East: A recent study. Chapter 3. Print ISBN: 978-93-5547-186-4, eBook ISBN: 978-93-5547-187-1. DOI: 10.9734/bpi/ctas/v3/14408D https: // www.bookpi.org/bookstore/product/current-topics-in-agricultural-sciences- . 2021. Т. -3/.