Научная лаборатория «Лазерная фотометрия и спектроскопия»

Научная группа "Лазерная фотометрия и спектроскопия" занимается научной деятельностью в области разработки и создания фотометрических датчиков для медицины и наноанализа, а также элементов биомолекулярной электроники. Для прохождения НИР в научную группу приглашаются студенты 2–5 курсов, заинтересованные в активной научной работе по предложенным темам.

Подробное описание

Актуальность

Группа занимается исследованиями белков и биомолекулярных комплексов для целей медицинской диагностики и биомолекулярной электроники; изучает взаимодействие белков крови человека с различными, в том числе металлическими и ферромагнитными, наночастицами. Исследуются процессы самоорганизации и самосборки.

Научная и практическая значимость

Результаты работы планируется использовать для создания объектов биомолекулярной электроники (эквиваленты транзисторов и переключателей), построения новой логики на их основе. Исследования белков используются для диагностики и лечения аутоиммунных заболеваний. Ферромагнитные и другие металлические наночастицы в составе взвесей при взаимодействии с биомолекулами исследуются для нацеленной доставки лекарственных препаратов.

Краткое описание результатов

В лаборатории разработана и создана методика обработки данных для изучения размеров нанообъектов в составе растворов, превосходящая существующие аналоги по точности на 20-60%. Разработаны и созданы лабораторные макеты установок лазерной корреляционной спектроскопии, плазмонного резонанса, поляриметрии и диффрактометрии, флуоресцентной спектроскопии.

Основные направления исследований:

  • исследования белков и биомолекулярных комплексов для целей медицинской диагностики и биомолекулярной электроники;
  • изучение взаимодействия наночастиц в биологических и технических средах;
  • изучение ферромагнитных жидкостей;
  • исследование процессов самоорганизации;
  • разработка бистабильных устройств на базе органических пленок;
  • разработка бесконтактных датчиков оптико-физических параметров объектов и жидких сред (скорость, направление движения, виброметрия объектов сложного профиля, микроциркуляции);
  • разработка биосенсоров на основе плазмонного резонанса;
  • определение оптикофизических параметров объектов методами светорассеяния (в том числе, электрофоретического).

Основные методы исследований:

  • Лазерная корреляционная спектроскопия;
  • Флуоресценция;
  • Оптическая микроскопия;
  • Электрометрия макромолекулярных комплексов;
  • Диэлектрическая спектроскопия;
  • Поляриметрия и дифрактометрия;
  • Плазмонный резонанс;
  • Методы когерентного светорассеяния, включая электрофоретическое.

Текущие проекты:

  • Оценка динамики кластеризации наночастиц методами динамического рассеяния;
  • Разработка бесконтактного оптического датчика регистрации скорости микроциркуляции кровотока;
  • Создание датчика пульсовой денситометрии для оценки функций печени;
  • Разработка датчика для анализа заболеваний кожи методами спектрометрии и поляриметрии;
  • Методы спектрометрии для исследования флуоресценции и поглощения молекул;
  • Разработка теории и схемы устройства для определения электрофоретической подвижности белков;
  • Разработка оптоэлектронного комплекса идентификации личности с повышенной защищенностью;
  • Разработка технологии создания тонких биомолекулярных пленок для целей биомолекулярной электроники;
  • Суперкомпьютерное моделирование взаимодействий биомолекул;
  • Моделирование электрофизических параметров молекулярных логических элементов;
  • Методы анализа медицинских изображений с использованием технологий фильтрации и нейронных сетей.

Трудоустройство и партнеры

Партнеры и организации, заинтересованные в результатах работы

  • Физико-Технический Институт им. А.Ф. Иоффе РАН
  • ФГБУ «НМИЦ им. В. А. Алмазова» Минздрава России
  • Российский научный центр радиологии и хирургических технологий имени академика А. М. Гранова

Дополнительная информация

Важнейшие публикации группы

  1. Velichko E. N., Baranov M. A., Mostepanenko V. M. Change of sign in the Casimir interaction of peptide films deposited on a dielectric substrate // Modern Physics Letters A. – 2020. – V. 35. – N. 03. – P 2040020.
  2. Velichko E. N., Klimchitskaya G. L., Nepomnyashchaya E. K. Casimir repulsion though a water-based ferrofluid //Modern Physics Letters A. – 2020. – V. 35. – N. 03.  – P. 2040016.
  3. Klimchitskaya G. L., Mostepanenko V. M., Nepomnyashchaya E. K., Velichko E. N. Impact of magnetic nanoparticles on the Casimir pressure in three-layer systems // Physical Review B. – 2019. – V. 99. – N. 4. – P. 045433.
  4. Baranov M. A., Klimchitskaya G. L., Mostepanenko V. M., Velichko E. N. Fluctuation-induced free energy of thin peptide films // Physical Review E. – 2019. – V. 99. – N. 2. – P. 022410.
  5. Klimchitskaya G. L., Mostepanenko V. M., Velichko E. N. Effect of agglomeration of magnetic nanoparticles on the Casimir pressure through a ferrofluid // Physical Review B. – 2019. – V. 100. – N. 3. – P. 035422.
  6. Velichko E. N., Klimchitskaya G. L., Mostepanenko V. M. Dispersion Forces between Metal and Dielectric Plates Separated by a Magnetic Fluid // Technical Physics. – 2019. – V. 64. – N. 9. – P. 1260-1266.
  7. Velichko E., Nepomnyashchaya E., Baranov M., Galeeva M. A., Pavlov V. A., Zavjalov S. V., Komlichenko E. A Concept of Smart Medical Autonomous Distributed System for Diagnostics Based on Machine Learning Technology // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. – Springer, Cham, 2019. – P. 515-524.
  8. Nepomnyashchaya E. K., Prokofiev A. V., Velichko E. N., Pleshakov I. V., Kuzmin Y. I. Investigation of magneto-optical properties of ferrofluids by laser light scattering techniques // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. – 2017. – V. 431. – P. 24-26.
  9. Korobeynikov A. G., Grishentsev A. Y., Velichko E. N., Korikov C. C., Aleksanin S. A., Fedosovskii M. E., Bondarenko I. B. Calculation of regularization parameter in the problem of blur removal in digital image // Optical Memory and Neural Networks. – 2016. – V. 25. – N. 3. – P. 184-191.
  10. Velichko E., Baranov M., Nepomnyashchaya E., Cheremiskina A., Aksenov E. Studies of biomolecular nanomaterials for application in electronics and communications // Internet of Things, Smart Spaces, and Next Generation Networks and Systems. – Springer, Cham, 2015. – P. 786-792.
  11. Grishentsev A. Y., Korobeynikov A. G., Korikov C. C., Velichko, E. N. Method for compression of optical observation data based on analysis of differential structure // Optical Memory and Neural Networks. – 2016. – V. 25. – N. 1. – P. 32-39.
  12. Barantsev K. A., Velichko E. N., Litvinov A. N. Effect of temperature on quasiperiodic refractive index oscillations in optically dense medium with a closed excitation contour // Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. – 2014. – V. 47. – N. 24. – P. 245401.
  13. Velichko E., Makarov S., Nepomnyashchaya E., Dong G. Molecular aggregation in immune system activation studied by dynamic light scattering // Biology. – 2020. – V. 9. – N. 5.