Оптические методы в исследованиях конденсированных сред

Участвующие страны и международные организации:

Армения, Беларусь, Вьетнам, Египет, Индия, Казахстан, Куба, Россия, Сербия, Узбекистан.

Изучаемая проблема и основная цель исследований:

Фундаментальные и прикладные исследования низкоразмерных материалов (2D материалы и гетероструктуры
ван-дер-Ваальса) методом рамановской спектроскопии и апконверсионной люминесценции. Флуоресцентная микроскопия и колебательная спектроскопия в исследованиях фото-активированной программируемой клеточной гибели (нетоз и апоптоз). Спектроскопия липид-белковых взаимодействий и вторичной структуры белков. Освоение низкочастотной рамановской спектроскопии. 

Краткая аннотация и научное обоснование:

Со времен открытия методики получения графена в 2004 году, двумерные материалы (2DMs) привлекают большое внимание из-за качественных изменений их физических и химических свойств вследствие эффекта квантового размера, связанного с их наноразмерными толщинами. Атомарно тонкие двумерные дихалькогениды переходных металлов (TMDCs), такие как MoS₂, WSe₂ и другие, проявляют сильную связь между светом и веществом, что делает их потенциально интересными кандидатами для различных применений в электронике, оптике и оптоэлектронике. Они могут быть собраны в гетероструктуры и сочетать в себе уникальные свойства составляющих их монослоев. Рамановская спектроскопия является одним из наиболее неразрушающих и относительно быстрых методов характеризации таких материалов, обеспечивающих высокое спектральное разрешение. Колебательные частоты в рамановском спектре низкоразмерных материалов демонстрируют характерные особенности образца, включая форму линии, положение пика, спектральную ширину и интенсивность. Эти параметры содержат полезную информацию о физических, химических, электронных и транспортных свойствах таких материалов.

Весьма перспективны оптические методы исследований также и в Науках о Жизни. В частности, комбинирование колебательной спектроскопии с флуоресцентной микроскопией, позволит детально изучить механизмы и сигнальные пути фото-активированной программируемой клеточной гибели– нетоза. Рамановская спектроскопия является тонким инструментом в выявлении вторичной структуры белков и чувствительна к липид-белковым взаимодействиям.   

Ожидаемые результаты по завершении проекта:

1. Измерения и характеризация транспортных свойств двумерных материалов и гетероструктур ван-дер-Ваальса в зависимости от энергии фотона лазарного возбуждения.

2. Исследование механизма усиления рамановского сигнала от молекул аналитов, адсорбированных на двумерных материалах. Изучение их защитных свойств применительно к биомолекулам.

3. Ап-конверсионная люминесценция на низкоразмерной платформе: исследования в зависимости от образца, температуры и длины волны лазарного возбуждения.

4. Спектроскопический анализ конформационных трансформаций во вторичной структуре белков, присутствующих в различных мембранных миметиках, в том числе, в зависимости от температуры, pH, и c применением добавок.

5. Моделирование липидно-белкового взаимодействия методами молекулярной динамики (MD) и теории функционала плотности (DFT).

6. Выявление механизмов и сигнальных путей фотоиндуцированного нетоза под действием УФ, видимого и ИК излучений. Идентификация первичных акцепторов фотоиндуцированного нетоза.

7. Характеризация результатов одновременного или последовательного воздействия лазерного излучения на двух разных длинах волн на интактные клетки нейтрофилов.

8. Рамановская спектроскопия сверхнизких частот ~ 10 см^-1 при различных длинах волн возбуждения рамановского сигнала.

Ожидаемые результаты по проекту в текущем году: 

1. Измерения и анализ рамановских спектров графена, дисульфида молибдена, и гетероструктур ван-дер-Ваальса на их основе. 

2. Начало исследований транспортных свойств низкоразмерных материалов в зависимости от энергии фотона лазерного возбуждения.

3. Детализация вторичной структуры белка в мембранных миметиках методом рамановской спектроскопии; моделирование методами молекулярной динамики и теории функционала плотности.

4. Идентификация первичных фотоакцепторов фото-индуцированного нетоза.

Сотрудничество по теме: