Наукові обрії Каразінського: академік Микола Мчедлов-Петросян про дослідження на стику світів

У природі є межі, які неможливо побачити неозброєним оком, але саме на них відбуваються процеси, що визначають перебіг багатьох явищ — від роботи каталізаторів і створення нових наноматеріалів до біологічних процесів і поведінки наночастинок у довкіллі. Саме цей невидимий мікросвіт досліджуватиме команда Каразінського університету в межах нового фундаментального проєкту «Межа поділу фаз в організованих розчинах як реакційне середовище» (реєстраційний номер 2025.07/0163), підтриманого Національним фондом досліджень України. Проєкт розрахований на 2026–2028 роки, став переможцем конкурсу «Передова наука в Україні 2026–2028» і отримав загальне фінансування у розмірі 7 млн грн.

Його мета — розібратися в закономірностях, які діють на межі різних фаз речовини, зокрема у складних організованих розчинах. Для цього дослідники поєднають лабораторні експерименти з молекулярнодинамічним моделюванням, а своєрідними «розвідниками» у невидимому мікросвіті стануть спеціально підібрані органічні барвники, здатні реагувати на найменші зміни свого молекулярного оточення.

До виконання проєкту залучені професор Наталія Водолазька, кандидати наук, доценти Олександр Лебідь, Тетяна Чейпеш, Володимир Фарафонов, Микита Марфунін та Дар’я Харченко, старший науковий співробітник Сергій Шеховцов і аспірант Владислав Гайдар. Керівник проєкту — академік НАН України, професор Микола Мчедлов-Петросян, заслужений діяч науки і техніки України, лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки, завідувач кафедри фізичної хімії та хімічного матеріалознавства Каразінського університету.

За складною назвою проєкту ховається спроба зазирнути туди, де зустрічаються різні «світи» речовини, — і зрозуміти, що відбувається на цій невидимій межі. Адже отримані фундаментальні знання можуть у майбутньому знайти застосування у створенні наноматеріалів і каталізаторів, біомедичних технологіях, хімічному аналізі, супрамолекулярній хімії та моніторингу наночастинок у довкіллі.

Про те, чому саме міжфазна межа стала предметом нового дослідження, як молекули-«розвідники» допомагають «прочитати» властивості невидимого середовища, що спільного між фулеренами, вуглецевими нанотрубками та газовими нанобульбашками й чому фундаментальна хімія вже сьогодні відкриває шлях до технологій майбутнього, поговорили з керівником проєкту — академіком Миколою Мчедловим-Петросяном.

Миколо Отаровичу, чому обрано саме такий напрям досліджень?

Фізико-хімікам добре відомо, що вивчення межі поділу між фазами, наприклад, між твердою та рідкою, є одним з найскладніших завдань.

Межа поділу фаз присутня практично всюди. Від того, як поводяться молекули саме в цьому тонкому міжфазному шарі, залежить ефективність адсорбентів та каталізаторів, можливості створення нових функціональних матеріалів, а також перебіг окремих біологічних процесів.

Ще складнішою стає проблема, коли одна з фаз є роздробленою на частинки значно менші за мікрон. Це відбувається, наприклад, коли розчинені у воді сполуки існують не як окремі молекули, а у вигляді великих агрегатів з багатьох тисяч молекул. Такі системи дуже різноманітні і мають велике значення для багатьох галузей сучасних технологій. У свій час японський вчений Козо Шинода назвав такі розчини «організованими», звідки й назва проєкту. Попри десятиліття досліджень природа цього середовища досі залишається недостатньо зрозумілою. Ми плануємо одержати деякі нові, цікаві та корисні результати.

Як можна дізнатися про події у тонкому міжфазному шарі?

Для цього заздалегідь було підібрано низку спеціальних молекул-«розвідників». Це органічні барвники, здатні дуже чутливо реагувати на своє найближче оточення. Змінюючи колір, спектр поглинання або флуоресценцію, вони повідомлятимуть нам про кислотність, полярність середовища, силу водневих зв’язків і електричний потенціал поверхні.
Але лише лабораторними експериментами дослідження не обмежиться. Паралельно виконуватиметься молекулярно-динамічне моделювання — сучасний метод комп’ютерного моделювання, який дозволяє буквально відстежувати рух окремих молекул у часі.

Поєднання експериментів із комп’ютерними розрахунками дасть можливість створити максимально повну картину процесів, що відбуваються на межі вода / наночастинка.

Які саме типи фізико-хімічних систем планується вивчати?

У проєкті буде досліджено широкий спектр нанодисперсних систем. Це міцелярні розчини поверхневоактивних речовин, прямі й обернені мікроемульсії, фулерени та фулереноли, одно- і багатостінні вуглецеві нанотрубки та навіть газові нанобульбашки. Таке різноманіття дозволить встановити загальні закономірності поведінки міжфазних поверхонь незалежно від природи самих наночастинок.

Фундаментальна наука з практичним майбутнім?

Хоча проєкт належить до фундаментальних досліджень, його результати можуть знайти застосування у багатьох галузях. Отримані знання допоможуть удосконалити методи синтезу наноматеріалів, створення нових каталізаторів, розвиток біомедичних технологій, хімічного аналізу та супрамолекулярної хімії. Нові флуоресцентні барвники можуть стати основою високочутливих молекулярних сенсорів, а результати дослідження поверхні нановуглецевих матеріалів — сприяти розвитку сучасної наномедицини.

Крім того, проєкт має екологічне значення. Сьогодні дедалі більше наноматеріалів потрапляє у довкілля, але їхня поведінка у природних водах досі вивчена недостатньо. Результати дослідження можуть стати важливим кроком до створення ефективних методів моніторингу наночастинок у навколишньому середовищі.

Що дозволяє сподіватися на успішне виконання проєкту? Які є плани на майбутнє?

Проєкт базується на багаторічному досвіді колективу, який уже здобув міжнародне визнання у сфері фізичної хімії дисперсних систем, молекулярних зондів і нановуглецевих матеріалів. За останні роки його учасники опублікували низку статей у провідних міжнародних журналах, що входять до першого квартиля світових наукометричних рейтингів.

Підтримка Національного фонду досліджень України відкриває можливість суттєво розширити ці дослідження та отримати нові фундаментальні знання про процеси, які лежать в основі багатьох сучасних технологій.