Компютърно изследване на наночастици: ефекти на метални йони, разтворител и лимонена киселина



Дата05.03.2018
Размер88.18 Kb.
РЕЦЕНЗИЯ
за дисертационния труд “Компютърно изследване на наночастици: ефекти на метални йони, разтворител и лимонена киселина” (Computational study of nanoparticles: the effect of metal ions, solvent and citric acid),

представен от Мирослава Александрова Недялкова за придобиване на образователната и научна степен “доктор” в професионално направление

4.2 Химически науки, специалност Теоретична химия

Член на научното жури: Ана Йовкова Пройкова, дфзн, професор

Софийски университет, Физически факултет



  1. Предмет на рецензиране

Със заповед № РД38-63/07.02.2014 г. на Ректора на Софийския университет “Св. Климент Охридски” (СУ) съм определена за член на научното жури за осигуряване на процедура за защита на дисертационен труд на тема “Компютърно изследване на наночастици: ефекти на метални йони, разтворител и лимонена киселина” представен от Мирослава Александрова Недялкова за придобиване на образователната и научна степен “доктор” в професионално направление 4.2 Химически науки, специалност Теоретична химия. Мирослава Недялкова е асистент в катедрата по Обща и неорганична химия, Факултет по химия и фармация на СУ.

Представеният ми комплект материали включва следните документи в електронен формат:



  • автобиография в европейски формат;

  • копие от диплома за образователната степен “магистър”;

  • заповед за зачисляване на докторантура на самостоятелна подготовка по професионално направление Химически науки (Теоретична химия), считано от 10.11.2012 до 10.11.2015 г. За научен ръководител е определен д-р Серхио Мадурга (Университета в Барцелона, Испания);

  • протокол от 7.03.2013 г. за взет изпит “Computational techniques for colloids and nanoparticles”, проведен от тричленна комисия в Университета на Барцелона - Prof. Dr. Mas, Assoc. Prof. Dr. Vilaseca, Dr. Madurga;

  • заповед за отчисляване от докторантура, 5.02.2014 г.;

  • копия на научните публикации.

На хартиен носител са ми представени дисертацията, написана на английски език и автореферат на български език.


  1. Биографична справка

Мирослава Недялкова е родена през 1982 г. Висшето си образование е завършила в Софийския университет. Дипломирала се е като бакалавър по химия през 2003 г. (специалност ‘физика и химия’), а през 2005 г. се е дипломирала като магистър по медицинска и фармакологична биофизикохимия. От 2008 г. е асистент в катедрата по Обща и неорганична химия и провежда лабораторни и семинарни упражнения към курса по Обща и неорганична химия със студентите от Химическия, Биологическия и Геолого-географския факултети на СУ.

В три открити международни конкурса изследователските проекти, предложени от Мирослава Недялкова, са получили финансиране в рамките на Европейската програма HPC-Europe (HPC = High Performance Computing). Трябва да подчертая, че не са чести случаите, в които се финансират три проекта, предложени от един и същ изследовател. С финансовата помощ от HPC докторантката е провела изследванията си в Университета в Барцелона.




  1. Актуалност на тематиката и целесъобразност на поставените задачи

Стабилността на колоидни частици в полярна среда (вода) е интересувала изследователите от няколко десетилетия поради фундаменталните въпроси, които могат да намерят своя отговор и поради разнообразните приложения на колоидите. Класическата теория на Дерягин, Ландау, Фервей и Овербек (DLVO), която дава отговор на част от фундаменталните въпроси е в основата на изследването, представено в дисертационния труд.

Пропускливостта на образувания двоен електричен слой по отношение на йони с различна валентност е изследвана в дисертацията чрез числени симулации на триизмерен модел на наночастица, изградена от 942 твърди метанови молекули, от които 370 са на повърхността. Метановите молекули са моделирани като твърди сфери и са разположени в сферични словеве, така че между молекулите да могат да преминат йони На докторантката са поставени задачи, които съответстват на целите на изследването – да изучи влиянието на различни концентрации на разтворителя върху пропускливостта на двойния слой и ролята на валентността йоните върху техния транспорт в наночастицата. Моделът на наночастицата щеше да бъде по-интересен за обсъждане, ако бяха посочени условията, при които моделната наночастица може да се образува в реални условия.

На докторантката е поставена и задачата да определи структурата и абсорбционната способност на златни клъстери в диапазона 29-79 атома като приложи теорията на функционала на електронната плътност. Златните наноклъстери са обект на изследване от две десетилетия със съвременните микроскопи, а натрупаното познание за тях е от повече от две хилядолетия. Връщането към въпроса каква е структурата на златните наноклъстери е състоятелно, тъй като предишните оптимизационни пресмятания са извършени с потенциала на Гупта, чиято параметризация не отчита очакваните релативистични ефекти за електроните в златните атоми.

Поставена е задачата да определи ролята на лимонената киселина за стабилността на произведените златни клъстери. Изследването е извършено чрез конформационен анализ на резултатите, получени с GAUSSIAN09 – последният код (за 2013 година) от серията кодове GAUSSIAN, даващи възможността да се пресметне електронната структура в материалите.




  1. Познаване на проблема

Уводната глава от дисертацията показва, че докторантката е запозната в общи линии със значителна част от предхождащите изследвания в областта на стабилността на колоидните частици. Липсва обаче дълбочина в представянето на теорията на Дерягин, Ландау, Фервей и Овербек (DLVO), което може да се дължи и на факта, че дисертацията е написана на английски език, който не е роден за докторантката. В класическия вариант на DLVO процесът на коагулация се представя като резултат от съвместното действие на силите на привличане на ван дер Ваалс и електростатичната сила. Необходимо е било да се покаже в дисертацията как симулациите допринасят за по-задълбоченото разбиране на процесите в колоидните системи от познатото приближение на средното поле.

В частта от дисертацията, посветена на структурата на златните наноклъстери, не са обсъдени резултатите, получени през 2011 г. от Ларсен и сътрудници (Larsen et al, Phy. Rev. B 84, 245429, 2011), които прилагат също DFT за установяване на структурата на наноклъстери, съдържащи до 200 атоми.




  1. Методи на изследване

Ролята на различните фактори върху стабилността на колоидната частица е изследвана в компютърни експерименти (симулации), проведени в допълващи се числени подходи – класическа Молекулна Динамика (МД, код GROMACS), теорията на функционала на електронната плътност (DFT, код SIESTA) и GAUSSIAN09. Избраните методи са подходящи за намиране на решения на поставените задачи.

Представянето на числените методи е твърде лаконично, което не дава възможност да се оцени до колко докторантката е усвоила тънкостите в прилагането на тези методи за системи с наноразмери.




  1. Обща характеристика на дисертационния труд

Дисертационният труд е написан на аглийски език на 116 страници, разпределени в 4 глави, заключение и приложение с входните данни за използваните кодове, както и някои log-files. В дисертационния труд са представени 19 таблици, 33 фигури и са цитирани около 80 литературни източника. Тук е мястото да отбележа, че списъкът с референциите е, меко казано, небрежно изготвен: няма единен стил на представяне на библиографията; един литературен източник има 3 различни номера, а на други източници липсват номерата, или пък са едни и същи за различни източници. Липсват позовавания на важни работи в областта, например работата на C.N. Patra от 2009: J. Phys. Chem. B2009113 (42), pp 13980–13987, Molecular Solvent Model of Spherical Electric Double Layers: A Systematic Study by Monte Carlo Simulations and Density Functional Theory.

Първата глава на дисертацията заема една трета от дисертационния труд, което е правилно тъй като степента е научно-образователна и трабва да се покаже, че е усвоен базисният материал.

Някои твърдения в общата част предизвикват недоумение. Ще дам един пример: стр.26, вторият параграф на раздел 4:”Computer simulations act as a bridge between microscopic length and time-scales and the macroscopic world of the laboratory”. Необходимо е докторантката да обясни какво има пред вид и как използва числените техники, за да построи този мост.

Необходимо е и по-внимателно анализиране на различията между методите Монте Карло и Молекулна Динамика, както и на ограниченията в предсказанията от симулациите.

В края на първата глава телеграфно е представн другият числен метод – теорията на функционала на електронната плътност. Това кратко представяне вероятно се дължи на това, че докторантката използва готов код.

В следващата част на дисертацията са представени целите на изследването, описани са моделните частици и са представени резултатите, получени за различни условия. Множество илюстрации демонстрират свършената работа. За съжаление текстовете към фигурите не винаги са разположени в близост до картинките, което в някои случаи води до неясноти в обясненията.

Представените резултати в дисертацията са публикувани в голямата си част. Работата, публикувана в Nanoscience&Nanotechnology (2012) не е намерила място в дисертацията. До момента на писането на тази рецензия не съм открила отзвук в литературата за публикуваните резултати. Може би ще трябва по-активно демонстриране на полезността им, за да предизвикат интереса на научната общност.

7. Приноси на разработката за науката


Въз основа на проведени МД симулации е установено влиянието на акумулирания повърхниннен заряд за заредена колоидна частица. Показан е ефектът на интернализация на моновалентни (Na+) и двувалентни (Ca2+) йони върху пропускливостта на заредена колоидна частица. Тези резултати са публикувани в работата “Molecular dynamics simulation of the spherical electrical double layer of a soft nanoparticle: Effect of the surface charge and counterion valence” с автори Miroslava Nedyalkova, Sergio Madurga, Stoyan Pisov, Isabel Pastor, Eudald Vilaseca, and Francesc Mas, JCP (2012). Пресмятанията показват, че моновалентните йони се натрупват повече във вътрешната повърхност на наночастицата, докато двувалентните йони остават по повърхността. Концентрацията на солите почти не оказва влияние върху проникването на обратните йони (в случая са отрицателни). Разпределението на заряда по повърхността е от значение.

Не мога да преценя до колко в реалността може да се контролира разпределението на заряда по повърхността на наночастицата, но може би е възможно чрез функционализирането на частицата с различни полярни групи.

Показана е връзката между конформационните промени и етапите на депротонизация на лимонена киселина в зависимост от pH на средата, както и че централната карбоксилната група на конформери на лимонената киселина в отделните етапи на депротонизция е по-киселинна от терминалните карбоксилни групи.

Приносите биха могли да се определят като постигане на нови и разширяване на съществуващи знания с прилагане на съвременни числени методи. Тематиката има бъдеще и може да се разширява както по отношение на обекти, така и по отношение на изчислителни стратегии.




  1. Преценка на публикациите по дисертационния труд

Докторантката е първи автор в две статии в реферирани научни списания, едното от които е включено в Web of knowledge (Journal of Chemical Physics), а другото - Nanoscience & Nanotechnology се индексира в Chemical Abstracts; една статия и две публикувани резюмета в списанието на HPC (high performance computing).

Освен в публикации, резултатите представени в дисертацията са докладвани устно на 3 конференции, две от които в Амстердам и Барцелона и са представени с 5 постера на национални и международни научни форума.

Необходимо е да се отбележи, че числените модели не са типични в областта на колоидни наночастици. Тяхното прилагане изисква преодоляване на научни стереотипи, както и овладяване на познания от области, различни от традиционната химия. Комбинацията от натрупаното познание в колоидната химия и новите възможности, предлагани от тези методи, дава нови възможности за разбиране на процесите при контакт на наночастици с полярни среди.





  1. Авторефератът

Авторефератът е на български език и по същество отразява съдържанието на изследователската част, представено в дисертационния труд.


  1. Въпроси и критични бележки

Освен направените бележки и поставените въпроси в предишните раздели на тази рецензия, бих искала да получа отговори на следните въпроси:

  • защо е избран метан като материал за колоидна частица?

  • какво определя избора на стойностите 0.1и 1М концентрация на солта?

  • как очаквате да се промени резултатът ви, когато колоидната частица попадне в “истинска” вода, вместо да е обградена с отделни, несързани в мрежа водни молекули?

  • сравнете вашият подход и резултати с тези на Ларсен и сътрудници от 2011 г.

В дисертацията има множество грешки – правописни, стилистични, технически. Необходимо е докторантът да поработи върху представянето на резултатите си, за да не се намалява стойността им.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Дисертационният труд съдържа научни резултати, които представляват оригинален принос в науката и отговарят на всички изисквания на Закона за развитие на академичния състав в Република България (ЗРАСРБ), на Правилника за прилагане на ЗРАСРБ в СУ и на препоръчителните изисквания на Факултета по химия и фармация на СУ.

Ето защо, давам своята положителна оценка за проведеното изследване, представено от рецензираните по-горе дисертационен труд, автореферат и научни публикации и предлагам на почитаемото научно жури да даде образователната и научна степен “доктор” на Мирослава Александрова Недялкова в професионално направление 4.2 Химически науки, специалност Теоретична химия.
10.03.2014 г. Рецензент:..............................

проф.дфзн Ана Пройкова







База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2016
отнасят до администрацията

    Начална страница