Основные научные направления нашей Лаборатории
Лаборатория лазерной спектроскопии растворов супрамолекулярных соединений и наноструктур очень молодая. Мы выросли в лаборатории лазерной спектроскопии водных сред. Наша история начинается с сентября 2008 г. Научная тематика группы включает следующие основные направления:
Исследование растворов супрамолекулярных соединений
Создание новых высокоупорядоченных супрамолекулярных материалов с заданной структурой и заданными свойствами играет важную роль в процессах создания новых нанокомпозитов, пленок, мембран, в нанобиотехнологиях и наномедицине. Так как основу супрамолекулярных соединений составляют амфифильные вещества (содержащие одновременно гидрофильные и гидрофобные группы), весьма актуально изучение процессов самоорганизации молекул и ионов (в первую очередь, клатрато- и мицеллообразования) в водных растворах спиртов, ПАВ, полимеров и др.
Одна из наших новых задач лежит в области энергетики биологических мембран: изучение сольватных и энергетических свойств липофильных катионов, которые способны адресно проникать через мембраны и доставлять антиоксиданты в митохондрии клеток. Изучение молекулярных взаимодействий подобных ионов в воде и биообъектах открывает принципиально новые возможности создания лекарственных препаратов и решения проблем геронтологии на клеточном уровне. В нашей группе такие исследования проводятся методами колебательной спектроскопии (комбинационного рассеяния света и инфракрасного поглощения) в сочетании с корреляционной спектроскопией (каф. физики полимеров и кристаллов, физ. фак-т МГУ), потенциометрией (фак-т биоинженерии и биоинформатики, НИИ ФХБ имени А.Н.Белозерского МГУ), методами молекулярной динамики (ИФХЭ им.А.Н.Фрумкина).
Изучение свойств наночастиц и нанокомпозитов в жидких средах
Объекты нашего исследования принадлежат принципиально новому классу композиционных материалов, появившихся благодаря последним достижениям в синтезе, биоадаптировании и биоконъюгации наночастиц. Это коллоидные растворы флуоресцирующих наночастиц (наноалмазов (НА), углеродных квантовых точек (УКТ)), представляющих интерес как с фундаментальной точки зрения, так и с практической. Уникальные флуоресцентные свойства углеродных квантовых точек и наноалмазов, безопасность и нетоксичность позволяют активно использовать их в качестве оптических биосенсоров. Благодаря развитой многофункциональной поверхности НА и возможности ее модификации этот материал чрезвычайно перспективен для широкого применения в биологии и медицине также с целью адсорбции и адресной доставки лекарств.
Методы искусственного интеллекта в оптической спектроскопии
Для прецизионного анализа колебательных спектров исследуемых растворов и решения многопараметрических обратных задач оптической спектроскопии в нашей группе используются искусственные нейронные сети и генетические алгоритмы. Применение таких мощных современных методов решения обратных задач и задач оптимизации обеспечивает нам успешное решение широкого ряда прикладных задач диагностики и анализа водных сред.
Фундаментальные проблемы
Важная информация о внутри- и межмолекулярных взаимодействиях в воде содержится в ее спектроскопических характеристиках, в частности, спектре комбинационного рассеяния (КР) воды. До настоящего времени не выяснена структура воды и не существует модели колебательных процессов в системе связанных молекул воды, адекватно объясняющей механизмы формирования полос спектра КР, кроме того, существуют серьезные противоречия в представлениях о резонансных взаимодействиях колебаний молекул воды. Остается актуальной и задача о вкладе резонанса Ферми (резонанса между симметричными валентными колебаниями и обертоном деформационных колебаний) в формирование валентной полосы КР воды.