Федеральное государственное бюджетное учреждение науки
Институт химической физики
им. Н.Н.Семенова Российской академии наук



 
 
Новости
СХФ
В Институте Химической Физики им. Н.Н. Семенова РАН
с сентября 2013 г. по июнь 2014 г. проходили семинары по теме:

Новые возможности рентгеновского анализа.
Строение и динамика нанообъектов.

       Целью работы семинара в течение прошедшего академического года было рассмотрение комплекса проблем, которые могут представлять интерес для применения нового поколения рентгеновских лазеров на свободных электронах ( XFEL ). Сюда относилось выявление биологических и химических систем, перспективных для исследования с помощью XFEL и обсуждение принципов работы XFEL, перспективы их развития в ближайшее время, и взаимосвязь с близкими областями науки. Предполагалось, что семинар
1. Позволит оценить перспективность конкретных систем -нанообъектов, нанокристаллов, больших комплексов макромолекул — вирусов, клеток, как объектов исследования в указанном проекте и, тем самым,
2. Объединит ученых различных специальностей и окажется полезным для работы научных органов РФ, координирующих работу в рамках международного проекта XBI в Гамбурге, Германия, в котором Россия (и ИХФ РАН) принимают участие.

       1. Первое собрание семинара, состоявшееся 12-го сентября, было посвящено положению дел (the state of the art) в применении XFEL для исследования задач физики мягкой материи (soft matter). Были обсуждены имеющиеся на данный момент результаты и перспективы исследований.

       2. Следующий семинар был посвящен теме ««НАСТОЛЬНЫЕ» РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛАЗЕРЫ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ». Докладчиком выступал В. Голо (МГУ – ИХФ РАН).
       Известно, что наиболее громоздкой частью обычного XFEL является источник релятивистских электронов; до сих пор в качестве таковых применяли линейные ускорители, а также циклотроны. Результаты, полученные за последние годы в физике плазмы, позволяют добиваться нужного эффекта гораздо более скромными средствами. Основываясь на явлении кильватерной волны группа учёных из Германии (Matthias Fuchs et al, Nature Physics,published online 27September 2009) предложили новый способ получения рентгеновского излучения, который можно использовать как рентгеновский микроскоп.

       3. 12 декабря 2013г. Е. Грызлова из НИИЯФ МГУ рассказала об «АНАЛИЗЕ ЭВОЛЮЦИИ ФОРМАКТОРОВ УГЛЕРОДА, АЗОТА, КИСЛОРОДА В СИЛЬНОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОМ ПОЛЕ».
       Было рассказано о способах определения и примерах расчетов основных процессов, влияющих на электронные формфакторы при взаимодействии атомов или ионов с импульсами сильного электромагнитного излучения рентгеновского диапазона. Сравнение сечений фотоионизации и вероятностей Оже-распадов для различных атомов и ионов, входящих в состав биомолекул. Анализ расчетов нестационарных формфакторов для некоторых наиболее характерных параметров импульсов современных лазеров на свободных электронах.

       4. Далее, 27 марта 2014, М.В. Федоров из ИОФАН, достаточно подробно рассказал о «ФИЗИКЕ ЛАЗЕРОВ НА СВОБОДНЫХ ЭЛЕКТРОНАХ».
       Были обсуждены основы классической теории лазеров на свободных электронах, физические механизмы усиления, насыщения, основные режимы и закономерности. К сожалению, в данном докладе не рассматривался диапазон длин волн, близких к рентгеновским.

       5. 15 мая 2014 г. доклад сделал Б.И. Островский, по материалам поездки в DESY, Гамбург, Германия в 2013 – 2014 г., из Института кристаллографии Российской Академии Наук (E-mail: ostrenator@gmail.com )
       Данный доклад преследовал две цели. Прежде всего, рассказать о Европейском Рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL), который в настоящее время строится в DESY (Deutsche Electronen Synchrotronen, Гамбург, Германия). Кратко были рассмотрены физические основы работы XFEL и его характеристики, включая эксперименты по определению пространственной и временной когерентности. Проанализированы работы, выполненные с использованием XFEL (в основном в Стэнфорде) по определению структуры некоторых биологических объектов с атомным разрешением.
       Вторая задача – рассказать об экспериментах с участием автора по исследованию структуры и фазовых переходов в гексатических жидких кристаллах (ЖК). Эти работы выполнены в DESY на станции P10 синхротрона PETRA III. Гексатические ЖК представляют собой слоевые среды с ближним позиционным порядком в плоскости слоев и дальним порядком в ориентации сторон локальных гексагонов. Это свойство называется порядком в ориентации связей - bond orientational (BO) order. Для изучения порядка в ориентации связей в гексатиках были использованы методы углового рентгеновского кросс - корреляционного анализа (XCCA).

       6. 14 ноября 2013 г. состоялся семинар, посвященный «ПРИОННЫМ АМИЛОИДАМ ДРОЖЖЕЙ: СТРУКТУРА, РЕПЛИКАЦИЯ, НАСЛЕДОВАНИЕ». Докладчиками были М.Д. Тер-Аванесян, и В.В. Кушниров из Института биохимии им. А.Н. Баха РАН.
       Рентгеноструктурный анализ прионов ещё далёк от завершения. Вместе с тем, исследование прионов - одна из наиболее актуальных задач биофизики, крайне востребованная в медицине. Амилоиды – это фибриллярные полимеры растворимых в норме белков. Образование таких полимеров, сопровождающееся конформационной перестройкой белков с формированием специфической “кросс-β” структуры, является причиной обширной группы заболеваний человека и животных, называемых амилоидозами. Кроме того, некоторые амилоиды могут обладать биологическими функциями. Амилоиды обычно неинфекционны, за исключением прионов. Прионы описаны также у низших эукариот, у которых они выступают в роли нехромосомно наследуемых генетических детерминант. На примере одного из прионов дрожжей Saccharomyces cerevisiae рассмотрены способы их размножения и наследования, отличие прионных амилоидов от неприонных, а также основные принципы структурной организации.

       7. 26-го сентября Н.Т. Молдогазиева из «Российского национального исследовательского медицинского университета имени Н.И. Пирогова» рассказала о «КОНФОРМАЦИОННОЙ ДИНАМИКЕ АЛЬФА-ФЕТОПРОТЕИНА, ЕГО ПЕПТИДНЫХ ФРАГМЕНТОВ И ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ».

       8. 28 ноября 2013 г. Д.О. Синицын из ИХФ РАН рассказал об «УСПЕХАХ И ВЫЗОВАХ СЕГОДНЯШНЕЙ НАУКИ О МОЗГЕ»
       Сравниетельно недавно были высказаны интересные предположения касательно связи прионов с механизмами памяти. Не исключено, что возникающий здесь комплекс проблем потребует применение новой техники ренгеноструктурного анализа.Доклад был посвящен итогам конференции "Neuroscience 2013 - Society for Neuroscience Annual Meeting" - крупнейшей в мире конференции по нейронауке, т.е. исследованиям структуры и функции нервных систем человека и животных. Были рассмотрены основные достижения и проблемы в этой области на сегодняшний день, в том числе исследования в области коннектомики, моделирования когнитивных функций и применения физических понятий для описания динамики в естественных информационных системах.
       Состоялась дискуссия по поводу недавно предложенного механизма долгого сохранения памяти (long memory), основанного на учёте влияния прионов.

       9. 13 февраля 2014 г. А.Г. Малыгин из Института биохимии им. А.Н. Баха РАН сделал доклад: «ОБНАРУЖЕНИЕ СТУПЕНЕЙ НА КРИВОЙ СМЕРТНОСТИ ОТКРЫВАЕТ НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ ДЛЯ ПОИСКА ПУТЕЙ ПРОДЛЕНИЯ ЖИЗНИ»
       За несколько лет исследований были накоплены данные о продолжительности жизни 400 нормально развивавшихся мышей и мышей с мутацией задержки в росте.
       При изучении кривой зависимости продолжительности жизни мышей-мутантов от их порядкового номера в ряду продолжительности жизни (ранговая кривая смертности) обнаружено, что последняя имеет ступенчатый вид. Принципиально важным было то, что ступени на кривой соответствовали определенным возрастам и воспроизводились в независимых группах животных. Сходные, но менее выраженные ступени обнаружились у нормально развивавшихся мышей. Наличие ступеней на ранговых кривых смертности указывает на то, что в процессе онтогенеза животные проходят критические стадии развития с повышенной вероятностью смерти. Цель исследования состоит в том, чтобы, применяя различные методы, обнаружить у изучаемой популяции мышей корреляции между возрастными физиологическими изменениями в их организме и положением ступенек на ранговых кривых смертности. Решение этой задачи позволит выявлять наступление критических стадий развития у животных, и предполагает использование разработанных методик для обнаружения подобных стадий развития у людей. Диагностика критических стадий у людей позволит целенаправленно искать способы их преодоления и перехода к последующим стадиям устойчивого развития. Исследование открывает новые перспективы для поиска путей радикального продления жизни людей.

       10. 20 марта 2014 г. С.Н. Андреевым из Института общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук был сделан доклад, посвященный «МОДЕЛИРОВАНИЮ ТЕРМОЯДЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ СВЕРХИНТЕН- СИВНОМ ЛАЗЕРНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ МИШЕНИ».
       В докладе приводятся результаты расчетно-теоретического исследования нового лазерно-плазменного источника нейтронов, возникающего при взаимодействии сверх интенсивного фемтосекундного лазерного импульса с мишенью из дейтерида палладия. В процессе самосогласованного PIC- моделирования релятивистским электродинамическим кодом КАРАТ учитывалось ускорение заряженных частиц мишени в электромагнитном поле лазерного импульса, генерация гамма-квантов тормозного излучения электронов при их кулоновском рассеянии на ядрах мишени, реакции синтеза ядер дейтерия, реакции фоторасщепления ядер дейтерия. Показано, что предложенный лазерно-плазменный источник нейтронов обладает уникальными характеристиками - субпикосекундной длительностью и плотностью потока нейтронов, превосходящей на несколько порядков другие (нелазерные) нейтронные источники.

       11. 24 апреля 2014 г. Э.М. Труханом (Московский физико-технический институт, Долгопрудный) и А.И. Полетаевым (Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН) был сделан доклад «ВЕКТОРНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ КАК ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЙ ФАКТОР, ВЛИЯЮЩИЙ НА ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ».
       В докладе рассмотрены биологические эффекты, связанные с вариацией электродинамического параметра - «безроторного» векторного потенциала. Показано, что устройство, создающее дополнительный векторный потенциал в зоне нахождения исследуемых объектов, содержащих воду, вызывает ряд отчетливых биологических эффектов: изменяет спектр поглощения высокочистой воды и её проводимость, изменяет скорость окисления гидрохинона, увеличивает подвижность простейших - спиростом, изменяет интенсивность процесса сбраживания сахарозы дрожжами, увеличивает активность моноцитарно- макрофагальных клеток мышей, а также вызывает ряд других биологических эффектов. Использование магнитных экранов не влияет на проявление перечисленных эффектор. Обнаружено также влияние векторного потенциала, модулированного в области звукового диапазона частот, на активность ряда систем и органов человека. Указывается, что поскольку векторный потенциал по физическому смыслу имеет не энергетическую природу (импульс поля) его действие должно объясняться квантовыми эффектами - влиянием на фазу волновой функции, изменяющим характер коллективных взаимодействий атомов, ионов и молекул.

       12. 22 мая 2014 Ю.А. Косевичем из ИХФ РАН было рассказано об «ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ТЕПЛОВЫХ ВОЛН И ПОНИЖЕНИИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТРЕХМЕРНЫХ МЕТАМАТЕРИАЛОВ АТОМАРНОГО МАСШТАБА».
       В докладе обсуждались трехмерные модели метаматериалов атомарного масштаба, в которых деструктивная интерференция тепловых волн позволяет контролировать теплопроводность системы. Предсказан необычный эффект понижения теплопроводности системы при увеличении числа проводящих каналов для тепловых волн. На основе таких метаматериалов могут быть созданы высочувствительные зеркала атомарного масштаба для тепловых волн. Высокочувствительные гиперзвуковые нано-зеркала могут быть использованы для построения компактных источников когерентных акустических волн, фононных лазеров. Деструктивная интерференция тепловых волн сравнивается с квантовой двухфотонной интерференцией в оптике. Предложены наглядные квазиодномерные модели, облегчающие аналитическое моделирование и понимание механизмов работы трехмерных нано-метаматериалов .
      
       Таким образом, с сентября 2013 года по июнь 2014 года было проведено 12 семинаров. Поскольку работы ученых Института все больше должны охватывать технологии МЕДИЦИНЫ БУДУЩЕГО, поэтому Семинар представляется актуальным. Надеемся, что в следующем семестре количество ученых из ИХФ РАН, особенно молодых, посещающих Семинар, станет больше.
       Сотрудники институтов, принявшие участие в докладах и семинарах:

1.ИХФ РАН
2. Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау РАН
3.НИИЯФ МГУ
4.Мех - мат МГУ
5.Биофак МГУ
6.Институт математических проблем биологии
7.Высшая школа экономики.
8.Институт Кристаллографии РАН
9.Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН
10.Институт биохимии им. А.Н. Баха РАН
11.Институт физической химии и электрохимии РАН
12.Институт океанографии РАН
13.Московский физико-технический институт, Долгопрудный,
14.Центр теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН.
15.Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Организаторы Семинара
В.Л.Голо,
Ю.Ф.Крупянский


Цикл семинаров:
"Новые возможности рентгеновского анализа."