ЛАБОРАТОРИЯ ИНЖЕНЕРНОЙ БИОФИЗИКИ

Кузнецов Анатолий Александрович 

Заведующий – д.б.н., профессор Кузнецов Анатолий Александрович

Телефон: (499) 137-15-23, e-mail:  av123107@comtv.ru

 

А.А.Кузнецов – выпускник МИФИ (1962), кандидат физ.-мат. наук (1968), доктор биологических наук (2001), профессор (2003), академик РАЕН (2007). Работает в ИБХФ РАН с момента основания Института, до этого работал в ИХФ РАН/АН СССР, начиная с 1962 года. Лауреат Государственной премии СССР. Награжден медалью «За заслуги в области космонавтики». Области научных интересов – физика и биология магнитных явлений, использование магнитных измерений и магнитных свойств для решения медико-биологических задач, изучение магнитной гетерогенности биологических объектов.

 

Основные направления исследований

 

  • Изучение магнитной гетерогенности биологических объектов.
  • Магнитный транспорт и депонирование лекарственных препаратов.
  • Использование магнитных сорбентов в медицине и экологии.
  • Локальная гипертермия с использованием магнитных микрочастиц.
  • Применение магнитных материалов в абдоминальной хирургии.
  • Использование магнитных материалов в медицинских имплантантах.
  • Методы магнитной сепарации для решения медико-биологических проблем.
  • Ультразвуковая визуализация в биологии и медицине.
  • Ультразвуковая эластография мягких тканей.

 

В 1980 году мы сформулировали и обосновали концепцию о принципиальной магнитной гетерогенности биологических объектов, была показана связь магнитных свойств и основных параметров биологических микрообъектов с процессами метаболизма. Наши работы анализировали и одобрили Л.А.Блюменфельд, Я.С.Лебедев, Е.Л.Франкевич, академик B.И.Гольданский. Был разработан рекордный метод изучения магнитной гетерогенности – магнитогравифорез, позволяющий проводить измерения магнитных свойств отдельных живых клеток. Исследования магнитных свойств микрообъектов и решение на этой основе различных проблем биологии и медицины стали основным полем деятельности лаборатории инженерной биофизики, образованной в 1982 году. Измерения магнитных свойств живой клетки позволяют получить информацию о ее химическом составе.  На этой основе нами созданы новые методы экологического мониторинга, методы магнитной сепарации клеток, методы диагностики некоторых наследственных ферментопатий, предложены новые методы диагностики и лечения некоторых заболеваний.

Магнитные свойства эритроцитов были использованы нами для экологических целей при разработке новых методов биотестирования воды и создания биодатчика для оперативной оценки ее качества. Предложены и запатентованы новые способы очистки воды с использованием мелкодисперсных магнитных сорбентов.

Ряд экспериментов по исследованию магнитных свойств живых объектов был проведен на космических станциях «Салют» и «Мир». Работа в рамках эксперимента «Магнитогравистат» (замена гравитационного стимула неоднородным магнитным полем) была награждена медалью «За заслуги перед космонавтикой».

C 2001 г. в лаборатории проводятся работы по изучению механизма последействия факторов космического полета на поколение растений с использованием новейших методов исследований. С 2013 г. проводятся исследования влияния новых методов нанотехнологий, способствующих ускорению роста, улучшению развития и повышению продуктивности сельскохозяйственных растений. Работы осуществляются в рамках межправительственных соглашений между Россией и Китаем.

 Важнейшее научное направление лаборатории – создание и исследование магнитных частиц микро – и нанометровых размеров.  Материалы на основе углерода его соединений и комплексов с металлами обладают уникальными магнитными свойствами. Предложенные нами наноструктурные железоуглеродные микрочастицы имеют высокие магнитные свойства, нетоксичны и обладают уникальными сорбционными возможностями. Такие частицы имеют весьма широкое поле применения в медицине, в частности, для магнитоуправляемого транспорта лекарственных препаратов и локальной гипертермии. С помощью магнитного поля магнитные частицы можно локализовать в некоторой области мягких тканей, являющейся целью терапевтического воздействия. Нами разработаны магнитные микрочастицы (и технологии их получения), которые за счет сорбции могут накапливать противоопухолевые препараты и затем медленно освобождать их в тканях пациента. Таким образом можно создавать депо препарата в зоне опухоли, при этом за ее пределами токсичный противоопухолевый препарат практически отсутствует. Разработка успешно прошла предклинические испытания и первый этап клинических испытаний.

Для локальной радиочастотной гипертермии злокачественной опухоли мы разработали магнитные частицы на основе манганита натрия, имеющие точку Кюри в диапазоне 42 – 460 C. При достижении данной температуры частицы теряют ферромагнитные свойства и перестают поглощать магнитную энергию, тем самым обеспечивая стабилизацию температуры в области воздействия.

Мы также показали, что железоуглеродные магнитные частицы перспективны для осуществления фотодинамической терапии и магнитной эмболизации сосудов злокачественной опухоли. Таким образом с помощью магнитных частиц возможно любое локальное сочетанное воздействие на опухоль: гипертермия, химические препараты, радиация, фотодинамика и др.

В лаборатории разработан метод магнитной экстракорпоральной гемосорбционной детоксикации организма, состоящий в том, что в поток крови, отведённой с помощью шунта, вводят суспензию железоуглеродных ферромагнитных сорбентов. В процессе краткого совместного движения крови и сорбента происходит сорбция токсинов, а использованный магнитный сорбент уделяется из крови с помощью специального магнитного сепаратора. Очищенная кровь возвращается пациенту. Для своей реализации магнитная гемосорбция требует значительно меньшего количества сорбционного материала и дополнительной крови по сравнению с альтернативными методами. Эксперименты показали, что при магнитной гемосорбции практически не повреждаются клетки крови, в то время как при колоночной гемосорбции наблюдается интенсивный гемолиз. Метод прошел успешные испытания на лабораторных животных. 

На основе ультрадисперсных ферромагнетиков созданы иммуносорбенты к микобактериям туберкулёза и разработан метод магнитного концентрирования клеток. Этот метод диагностики туберкулёза одобрен Минздравом.

В лаборатории также были разработаны содержащие постоянные магниты устройства для хирургического соединения тканей полых органов желудочно-кишечного тракта человека. Эта работа была удостоена Государственной Премии СССР.

Был выполнен ряд работ для применения в хирургии среднего уха, для реализации новых подходов в слухопротезировании и для лечения гидропса лабиринта (болезнь Меньера). На основе постоянных магнитов были созданы протезы слуховых косточек, устройства для реабилитации перфораций барабанной перепонки и имплантируемые магнитоуправляемые клапаны и шунты. Предложенные нами устройства прошли успешную клиническую проверку.

С начала 2000-х годов в лаборатории разрабатываются новые методы ультразвуковой медицинской визуализации, ориентированные на раннее обнаружение различной патологии мягких тканей человека и диагностическое сопровождение методов лечения, использующих магнитные микрочастицы и имплантанты. Нами предложены и реализованы методы контроля локализации и распределения магнитных микрочастиц, которые базируются на осцилляциях магнитных объектов в низкочастотном переменном магнитном поле и ультразвуковой тканевой допплерографии. Разрабатываются методы ультразвуковой эластографии, сочетающие магнитное возбуждение низкочастотных осцилляций мягких тканей и методики ультразвуковой допплерографии мягких тканей сверхвысокой чувствительности.

 

Состав лаборатории

 

Кузнецов Анатолий Александрович, зав. лаб., д.б.н., профессор;

Комиссарова Любовь Хачиковна, с.н.с., к.х.н.;

Нечитайло Галина Семеновна, с.н.с., к.б.н.;

Подойницын Сергей Николаевич, с.н.с., к.т.н.;

Пышная Светлана Владимировна, мл.н.с.;

Пышный Михаил Филиппович, н.с.;

Самойлов Игорь Борисович, инженер-исследователь;

Шляхтин Олег Александрович, с.н.с., к.х.н.;

 

Избранные публикации

 

  1. А.А. Кузнецов, Л.А. Пирузян, В.М. Чиков. О магнитной гетерогенности биологических систем. Известия АН СССР, серия биология, №5, 1980, 645-653
  2. А.А. Кузнецов, В.И. Филиппов, Н.В. Миронов, С.А. Иванов, В. И. Шмырёв. Применение магнитоуправляемых микрочастиц в медицине. Кремлёвская медицина. Клинический вестник. №1 2006 (23- 28 )
  3. Oleg A. Kuznetsov, Olga N. Sorokina, Vladimir G. Leontiev, Oleg A. Shlyakhtin, Alexander L. Kovarski, Anatoly A. Kuznetsov. ESR study of thermal demagnetization processes in ferromagnetic nanoparticles with Curie temperatures between 40 and 60oC. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 311 (2007) 204–207
  4. Anatoly A. Kuznetsov, Vladimir G. Leontiev, Vladimir A. Brukvin, Georgy N. Vorozhtsov, Boris Ya. Kogan, Oleg A. Shlyakhtin, Alexander M. Yunin, Oleg I. Tsybin, Oleg A. Kuznetsov. Local radiofrequency-induced hyperthermia using CuNi nanoparticles with therapeutically suitable Curie temperature. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 311 (2007) 197–203
  5. O.A. Shlyakhtin, V.G. Leontiev, Young-Jei Oh and A.A. Kuznetsov. New manganite-based mediators for self-controlled magnetic heating. Smart Mater. Struct. 16 (2007) N35–N39.
  6. Jinying Lu, Min Liu, Huaixue, Yi Pan. Xinyun Han, Sheng Kan, Galina S. Nechitailo.

Changes in subcellular morphologies defense enzyme and genetic characteristics in earth – grown tomato seedling, propagated from six year MIR flown seeds and 27 day recovery satellite flown seeds. Frontiers of Agriculture in China 10/2007; 1(4) 468-471.

  1. Junying Lu, Huai Xue, Yi Pan, Sheng Kan, Min Liu, G.S. Nechitailo. Effect of spaceflight duration of subcellular morphologies and defense enzyme activities in earth – grown tomato seedling propagated from space-flown seeds.. Russian Journal of Physical Chemistry B12/2009, 3(6), 981-986.
  2. A.M. Visscher, A.L. Paul, M. Kirst, A.K. Alling, S.Silverstone, G.S. Nechitailo. Effect of spaceflight Environment on Heritable Changes in Wheat Gene Expression. Astrobiology 06/2009, 9 (4) 359-367.
  3. Anatoly A. Kuznetsov ,Victor I. Filippov, Tatiana A. Nikolskaya, Andrei P. Budko, Alexander L. Kovarskii, Sergei V. Zontov, Boris Ya. Kogan, Oleg A. Kuznetsov. Biodistribution of doxorubicin andnanostructured ferrocarbon carrier particles in organism during magnetically controlled drug delivery. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 1575–1579
  4. Michael Ph. Pyshnyi, Oleg A. Kuznetsov, Svetlana V. Pyshnaya, Galina S. Nechitailo, Anatoly A. Kuznetsov. Synchronous ultrasonic Doppler imaging of magnetic microparticles in biological tissues. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321 (2009) 1552–1556
  5. Варфоломеев С.Д., Гольдберг В.М., Щеголихин А.Н., Кузнецов А.А. Способ получения полимерного покрытия на поверхности частиц. Патент РФ № 2367513, 20.09 2009.
  6. М.Ф. Пышный, А.А. Кузнецов, О.А. Кузнецов, С.В. Пышная. Специализированные методики ультразвуковой допплерографии для контроля локализации магнитных микрочастиц в мягких тканях. Медицинская физика, № 3, 2013, 81-86
  7. Г.С. Нечитайло. Моделирование искусственных биосфер на Земле. Сборник РАЕН "Ноосферные пути развития России и Mира”. Издание РАЕН, 2013, 56-63.
  8. Варфоломеев С.Д., Кузнецов А.А., Комиссарова Л.Х., Самойлов И.Б. Способ очистки проточной воды от загрязнителей. Патент РФ № 2516634, 20.05.2014.
  9. Самойлов И.Б., Варфоломеев С.Д., Кузнецов А.А, Литвяк Е.И. Способ быстрого пиролиза биомассы и углеводородсодержащих продуктов и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2524110, 27.07.2014
  10. Varfolomeev S.D., Goldberg V.M., Shchegolikhin A.N., Kuznetsov A.A. Method for producing polymer coating on particle surfaces. Патент США № 8,691,347, 08.04.2014
  11. Комиссарова Л.Х., Кузнецов А.А., Самойлов И.Б., Литвяк Е.И. Способ получения ферромагнитного углеродного сорбента. Патент РФ № 2547740, 10.04.2014

ЛАБОРАТОРИЯ СОЛНЕЧНЫХ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Лаборатория солнечных фотопреобразователей

Заведующий - д.ф.-м.н. Шевалеевский Олег Игоревич

Телефон: (499) 137-83-03

 

Шевалеевский О.И. окончил Физический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова в 1972 г. (кафедра низких температур), аспирантуру Института физики твердого тела АН СССР (ИФТТ), кандидат физ.-мат. наук по специальности “физика твердого тела” (1978 г., ИФТТ, Черноголовка), доктор физ.-мат. наук по специальности “физическая химия” (2004 г., ИБХФ, Москва). До 1981 г. работал в ИФТТ АН СССР (лаборатория ак. В.Ф. Гантмахера). С 1981 по 1996 гг. работал в Институте химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН (ИХФ), в 1982 г. создал и возглавил группу, затем лабораторию Солнечных фотопреобразователей. В 1994 году по приглашению академика А.Е. Шилова перешел с лабораторией в организованный им Институт биохимической физики РАН (ИБХФ). В 1992 г. – приглашенный ученый Института Солнечной энергии Ганновера (Германия). С 1999 по 2008 гг. – приглашенный профессор, приглашенный эксперт Корейского Института передовой науки и технологии (KAIST, Daejeon, South Korea). Области научных интересов - химическая физика, солнечная фотовольтаика, биомиметика, молекулярная электроника, процессы фотопреобразования энергии, органические полупроводники, наноструктурированные материалы.

 

Основные направления исследований

 

  • Физика процессов преобразования солнечной энергии в электрическую;
  • Фотоиндуцированный перенос носителей заряда и перенос энергии в органических и молекулярных полупроводниковых системах и на границе раздела полупроводник/электролит;
  • Кинетика и механизмы элементарных фотоиндуцированных процессов в конденсированных материалах;
  • Сенсибилизированные мезоскопические металло-оксидные солнечные фотопреобразователи;
  • Новые наноструктурированные материалы для солнечной фотовольтаики;
  • Тандемные солнечные фотопреобразователи.

 

 

В 1974 г. академик Н.Н. Семёнов организовал новое научное направление “Изыскание новых путей использования солнечной энергии”, которое было закреплено в одноименном названии комплексного Научного совета Президиума АН СССР. Основная идея Н.Н. Семёнова заключалась в необходимости поиска принципиально новых решений в области солнечной энергетики с конечной целью использования энергии солнца как основного, экологически чистого и практически неисчерпаемого для планеты источника энергии. Пути решение этого вопроса рассматривались через призму возможностей науки химической физики [Н.Н. Семёнов. Проблемы энергетики. Научное слово 2-3 (1931) 3; Н.Н. Семёнов. Об энергетике будущего. Наука и жизнь 10 (1972) 16]. В конце 1960-х годов в ИХФ стали активно развиваться исследования по фундаментальным аспектам процессов преобразования солнечной энергии, моделированию процессов фотосинтеза и разработке новых типов молекулярных систем для солнечной энергетики. В ИХФ и на руководимой Н.Н. Семёновым кафедре химической кинетики МГУ пионерами в этой области были А.Е. Шилов, В.А. Бендерский, Г.Б. Сергеев, Г.Г. Комиссаров, Ю.Г. Бородько, М.Л. Хидекель, И.В. Березин, С.Д. Варфоломеев, К.И. Замараев, Э.М. Трухан, А.И. Кокорин и др. [Н.Н. Семёнов, А.Е. Шилов. Преобразование солнечной энергии. М. Наука, 1985]. Также по распоряжению Н.Н. Семёнова в ИХФ была организована лаборатория солнечных фотопреобразователей, которую возглавил О.И. Шевалеевский. Основной задачей лаборатории было изучение фундаментальных процессов преобразования световой энергии в электрическую в органических, молекулярных и наноструктурных материалах и создание на их основе новых типов эффективных солнечных элементов.

            В начале 1980-х годов в лаборатории был проведен цикл экспериментальных и  теоретических работ по изучению процессов фотогенерации и транспорта электронов и ионов в полупроводниковых материалах со структурой ядро-оболочка, результатом чего стала публикация серии статей совместно с М.В. Алфимовым и М.А. Кожушнером. В частности, был предложен дислокационный механизм образования скрытого изображения в микрочастицах галогенидов серебра. К тому же периоду относятся работы лаборатории по исследованию механизмов фотопроводимости в допированном полиацетилене (CH)х и разработка на его основе фотоэлектрохимического солнечного элемента [О.К. Карягина, А.А. Харламов, О.И. Шевалеевский, ДАН СССР 292 (1987) 37; О.И. Шевалеевский, Л.Л. Ларина, Н.К. Трусевич, М.Л. Хидекель, ДАН СССР 291 (1986) 134].

            В 1990-е годы большой цикл работ был посвящен исследованию механизмов фотопреобразования энергии в органических гетероструктурах и разработанных в лаборатории СЭ на основе фталоцианинов, периленов, фуллеренов в сочетании с широкозонными полупроводниками на основе TiO2, ZnO и др. Впервые был создан и исследован органический СЭ типа ZnPc/C60 и изучены перспективы использования MPc-C60 композитов [O. Shevaleevskiy, V. Poponin, L. Larina, Mater. Sc. Forum 173-174 (1995) 117]. Была разработана феноменологическая теория, которая описывала поведение спектров действия фототока в тонкопленочных органических СЭ с учетом эффектов фотопроводимости [О.И. Шевалеевский, ДАН 398 (2004) 1]. Однако результаты наших работ убедительно показали, что СЭ на основе тонкопленочных молекулярных материалов в ближайшей перспективе не будут в состоянии конкурировать с СЭ на основе классических кристаллических полупроводников. Как было показано, главные ограничения обусловлены доминирующим в таких материалах неэффективным диффузионным механизмом переноса, малой диффузионной длиной (~ 10–20 нм), малым временем жизни носителей и низкой стабильностью органических материалов [O. Shevaleevskiy, Pure Appl. Chem. 80 (2008) 2192]. Параллельно с работами по органическим СЭ в лаборатории проводились исследования твердотельных полупроводниковых материалов и фотовольтаических СЭ на основе аморфного (a-Si), нанокристаллического (nc-Si) кремния и халькогенидов (CIGS). Была изучена и экспериментально подтверждена определяющая роль спин-содержащих дефектов в процессах переноса электронов в гетерогенных кремниевых структурах [O. Shevaleevskiy, S.Y. Myong, K.S. Lim, Solid St. Com. 128 (2003) 355].

      В последнее десятилетие одним из важнейших направлений работы лаборатории стали исследования процессов преобразования энергии в СЭ на основе сенсибилизированных нанокристаллических металло-оксидов или в DSSC (dye-sensitized solar cells) и конструирование на их основе высокоэффективных фотопреобразователей. Среди основных достижений, приоритет которых признан мировым фотовольтаическим сообществом, следует отметить разработку и создание тандемного металло-оксидного СЭ (tandem DSSC). Другим важным моментом стала разработка и изучение допированных РЗЭ и Nb наноструктур TiO2 и создание эффективных DSSC на их основе [N.A. Tsvetkov, L.L. Larina, O. Shevaleevskiy, B.T. Ahn, Progress in Photovoltaics: Research and Applications 20 (2012) 904]. В плане изучения механизмов преобразования световой энергии на границе полупроводник-электролит, нами проведен цикл работ, который показал определяющую роль поверхностных состояний и дал теоретическое описание возможности генерации электронов фотонами с энергией ниже энергии запрещенной зоны [L.L. Larina, E.M. Trukhan, O. Shevaleevskiy, J. Electrochem. Soc. 155 (2008) H529].

            Важным направлением работы лаборатории последних лет стала разработка новых типов солнечных панелей для работы в условиях низкой солнечной инсоляции: были созданы, сконструированы и установлены на здании ИБХФ для проведения постоянного мониторинга различные виды солнечных панелей DSSC большой площади, тандемных панелей DSSC/CIGS, солнечных панелей DSSC c концентратором, и, в качестве сравнения, основные типы коммерческих кристаллических солнечные панелей (с-Si, а-Si, CIGS). Для этой цели разработан и создан измерительный комплекс, который в реальном времени осуществляет запись основных параметров работы солнечных панелей (ток, напряжение, вырабатываемая мощность) в течение календарного года. Проведение сравнительного годового мониторинга показало, что в условиях средней полосы России, на широте Москвы, разработанные нами DSSC панели имеют существенное преимущество перед традиционными кристаллическими преобразователями на основе кремния за счет того, что эффективность преобразования солнечной энергии в DSSC практически ни меняется при уменьшении уровня солнечной инсоляции и в условиях диффузного освещения. Результаты разработок отражены в целом ряде полученных сотрудниками лаборатории и поданных на экспертизу патентов.

            В рамках проведения сравнительного мониторинга солнечных панелей, в 2014 году на бензозаправочных станциях в г. Сочи установлены солнечные модули на основе кремниевых панелей и тонкопленочных панелей CIGS. Результаты мониторинга показали существенное преимущество панелей CIGS для работы в реальных условиях низкой освещенности и в пасмурную погоду.


Состав лаборатории

Шевалеевский Олег Игоревич, зав. лаб., д.ф.-м.н.

Козлов Сергей Сергеевич, зам. зав. лаб., к.х.н.

Вильданова Марина Фаритовна, м.н.с.

Иванова Виктория Михайловна, н.с.

Карягина Ольга Кирилловна, н.с.

Кузнецов Леонтий Иванович, м.н.с.

Кумалагова Нина Яковлевна, инж.

Ларина Людмила Леонидовна, ст.н.с., к.ф.-м.н.

Никольская Анна Борисовна, н.с., к.х.н.

Проскуряков Александр Александрович, инж.

Скачков Михаил Павлович, инж, к.ф.-м.н.

Тодинова Анна Вячеславовна, н.с., к.х.н.

Унтила Геннадий Григорьевич, н.с., к.ф.-м.н.

Цветков Николай Алексеевич, инж., Ph.D.

 

15 избранных публикаций

Dao D., Choi A., Larina L.L., Shevaleevskiy O., Choi H.S. A facile synthesis of bimetallic AuPt nanoparticles as a new transparent counter electrode for quantum-dot-sensitized solar cells. J. Power Sources 274 (2014) 831-838.

Dao D., Choi A., Larina L.L., Choi H.S. Minimizing energy losses in perovskite solar cells using plasma-treated transparent conductive layers. Thin Solid Films 593 (2015) 10.

Tsvetkov N.A., Larina L.L., Shevaleevskiy O., Ahn B.T. Design of conduction band structure of TiO2 electrode using Nb doping for highly efficient dye‐sensitized solar cells. Progress in Photovoltaics: Research and Applications 20 (2012) 904-911.

Tsvetkov N., Larina L., Shevaleevskiy O., Ahn B.T. Electronic structure study of lightly Nb-doped TiO2 electrode for dye-sensitized solar cells. Energy & Enviromental Science 4 (2011) 1480-1486.

Tsvetkov N., Larina L., Shevaleevskiy O., Ahn B.T. Effect of Nb Doping of TiO2 Electrode on Charge Transport in Dye-Sensitized Solar Cells. J. Electrochem. Soc. 158 (2011) B1281-B1285.

Larina L., Shin D., Ahn B.T. Alignment if energy levels at the ZnS/CuInGaSe interface. Energy & Environment Science 4 (2011), 3487-3493.

Larina L., Shin D.H., Tsvetkov N. Growth of ultrathin Zn compound buffer layer by a chemical bath deposition for Cu(In,Ga)Se2 solar cells. J. Electrochem. Soc. 156 (2009) D469-D473.

Shevaleevskiy O. The future of solar photovoltaics: a new challenge for chemical physics. Pure Appl. Chem. 80 (2008) 2192-2204.

Shevaleevskiy O., Lim K.S. Nanocrystalline silicon and silicon carbide for solar photovoltaics: the key role of spin defects. Pure Appl. Chem. 80 (2008) 2141-2150.

Larina L.L., Trukhan E.M., Shevaleevskiy O. Charge Transfer across a ZnO/Electrolyte Interface Induced by Sub-Bandgap Illumination: Role of the Surface States. J. Electrochem. Soc. 155 (2008) H529-H535.

Shevaleevskiy O., Myong S.Y., Tsvetkov N., Lim K.S. ESR studies of hydrogen-induced paramagnetic defects in nanocrystalline ZnO films. J. Non-Cryst. Solids 354 (2008) 3237-3240.

Shevaleevskiy O., Larina L., Lim K.S. Effects of the bulk photoconductivity on photocurrent action spectra of molecular p-n heterojunction solar cells. J. Electrochem. Soc. 153 (2006) A1-A4.

Shevaleevskiy O., Myong S.Y., Lim K.S. Spin defects and transport in hydrogenated nanocrystalline silicon films produced by photo-CVD. Solid St. Com. 128 (2003) 355-358.

Шевалеевский О.И., Кожушнер М.А., Алфимов М.В. Роль дислокаций в механизмах фотоиндуцированного транспорта в неоднородных системах AgHal. ЖНИПФ 37 (1992) 109-116.

Shevaleevskiy O.I., Poponin V.P., Larina L.L. Laser deposited fullerene and phthalocyanine based solar cells. Mater. Sc. Forum 173-174 (1995) 117-122.

ЛАБОРАТОРИЯ АКУСТИЧЕСКОЙ МИКРОСКОПИИ

Лаборатория акустической микроскопии

Заведующий - к.ф.-м..н. Левин Вадим Моисеевич

Телефон: (499) 137-83-47

 

В.М. Левин закончил Московский инженерно-физический институт (1967) и аспирантуру ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений (1972), кандидат физ.-мат. наук (1973), профессор honoris causa Шаньдунского технического университета, г. Цзинань, КНР (1995), кавалер ордена “Le merite de l’invention” (Бельгия) за плодотворную исследовательскую и инновационную деятельность (2004). Работает в ИБХФ РАН с момента основания института в 1996 г., до этого времени работал в ИХФ АН СССР/ РАН (1984-1996), в НИИ по биологическим испытаниям химических соединений Минмедпрома СССР (1978-1984), во ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений Госстандатта СССР (1967-1978). В 1986–1996 г.г.– редактор-консультант по акустике Большой Советской энциклопедии. Диплом приглашенного исследователя Национального Института стандартов и технологии США (1998). Медали и дипломы российских и международных выставок, в т.ч. золотая медаль Международного салона промышленной собственности “Архимед” (Москва, 2001), золотая медаль Международной  выставки инноваций, исследований и новых технологий “Эврика” (Брюссель, 2004), серебряная медаль Международной торговой ярмарки “Идеи. Изобретения. Новые разработки (iENA-2010)”, (Нюрберг, Германия, 2010). Область научных интересов – физика и техника ультразвука, фокусированный высокочастотный ультразвук и акустическая микроскопия, ультразвуковая визуализация высокого разрешения, физика твердого тела и материаловедение, биофизика, ультразвуковые методы неразрушающего контроля, техническая и медицинская диагностика.

 

Основные направления исследований

В области визуализации и неразрушающего контроля высокого разрешения:

  • Физические принципы исследования объемной микроструктуры в объектах со сложной пространственной организации с помощью высокочастотного ультразвука; разработка методов и средств импульсной акустической микроскопии
  • Изучение особенностей распространения импульсного фокусированного ультразвука в структурированных средах, его взаимодействия со структурными элементами в различных средах и объектах;
  • Развитие технической и методической базы современного ультразвукового неразрушающего контроля и диагностики высокого разрешения; создание специализированных методик акустомикроскопического исследования объемной микроструктуры и локальных свойств в различных средах и объектах;
  • Проведение исследования объемной микроструктуры и локальных свойств современных материалов и изделий в сфере высоких технологий;
  • Изучение структуры и свойств структурированных углеродных материалов; полимеров, полимерных смесей и наполненных полимеров; композитных и нанокомпозитных материалов; керамик; многослойных материалов и покрытий; зон соединения материалов, выполненных высокотехнологическими методами сварного и адгезионного соединения;
  • Изучение структуры и механических свойств низкоразмерных объектов; образцов малых размеров и объемных включений;
  • Развитие методик высокого пространственного разрешения и их применения для контроля и диагностики биологических и биотехнологических процессов на клеточном и тканевом уровне;
  • Развитие на базе импульсной акустической микроскопии методик неинвазивного контроля для нужд тканевой инженерии и регенеративной медицины.

 

В области изучения и моделирования структуры и свойств нанообъектов и наноматериалов:

  • Изучение структуры, физических и физико-химических свойств нанокластеров, нанокластерных и нанокомпозитных материалов;
  • Моделирование энергетики образования и физико-химических свойств различных квази-2D наноструктур;
  • Моделирование структуры и свойств новых мультислойных наноматериалов на основе дихалькогенидов переходных металлов и BN-графеновых слоев.

В области биофизических и химико-гидродинамических исследований:

  • Исследование межклеточной адгезии методом оптического пинцета.
  • Изучение динамики активных флуктуаций клеточной поверхности клеток крови методами оптической нанозондовой микрорелогии.
  • Неравновесная статистическая термодинамика процессов массопереноса в неизотермических жидких смесях. Термодиффузия в жидкостях;
  • Микрофлюидика (микрогидродинамика).

 

Лаборатория представляет уникальный тип современной научной структуры. В ее деятельности совмещается развитие фундаментальных проблем в области современного материаловедения, нанофизики, биофизики и физики твердого тела с разработкой новых подходов к технике исследования микроструктуры и локальных свойств, с реализацией этих подходов в виде уникальных устройств и оригинальных методов исследований, с активным продвижением разрабатываемых методов и устройств в практику научных исследований, в медицинскую диагностику, в технику неразрушающего контроля высокого разрешения, в микро- и нанометрологию. Круг интересов сотрудников лаборатории включает несколько удаленных друг от друга направлений исследований и, соответственно, научных групп – группу акустической микроскопии (В.М. Левин), группу моделирования структуры и свойств нанообъектов и наноматериалов (Л.А. Чернозатонский) и группу, занимающуюся традиционными биофизическими и химико-гидродинамическими исследованиями (соответственно, В.Л. Кононенко и С.Н. Семенов).

Лаборатория акустической микроскопии является мировым лидером в области развития фундаментальных основ, методов и средств импульсной акустической микроскопии. Разработанные в лаборатории устройства – импульсные акустические микроскопы разных поколений; неоднократно представлялись на различных международных и всероссийских выставках и получали медали и дипломы. Созданные в лаборатории импульсные акустические микроскопы работают во многих научных учреждениях и на предприятиях России и зарубежья. Признание и широкий международный резонанс вызывают исследования, выполняемые в лаборатории с использованием методов и средств импульсной акустической микроскопии по изучению микроструктуры и упругих свойств современных материалов, различных видов твердотельных соединений, многослойных материалов и покрытий, биологических объектов – тканей и клеток. Методами импульсной акустической микроскопии был решен ряд принципиальных вопросов современного материаловедения и технологии, в частности, проблема механических свойств фуллеритовых фаз высокого давления, проблема структуры контактной зоны при соединении различных материалов и др. Методы активно используются при исследовании структуры и свойств современных композитных материалов – нанокомпозитов, армированных пластиков, полимерных композиций; современных керамик; углеродных материалов, металлических сплавов и т.д. Сегодня методы импульсной акустической микроскопии открывают широкие возможности для неинвазивных исследований в биотехнологиях – тканевой инженерии и регенеративной медицине, в имплантологии, для медицинской диагностики высокого разрешения, для прижизненного исследования структуры и процессов в биологических тканях и клетках.

В 80-90-е годы в лаборатории было сформировано новое научное направление, связанное с изучением структуры и физико-химических свойств  нанокластерных и нанокомпозитных материалов. Были выдвинуты и обоснованы основополагающие фундаментальные положения, определившие, в значительной степени, дальнейшее развитие современной нанофизики и нанотехнологии. Впервые были полученыя пленки из углеродных нанотруб и исследованы их проводящие свойства (1991г.). Была предсказана, обнаружена и исследована высокоэффективная эмиссия электронов с острий углеродных нанотруб (1993-1995гг.). Впервые был предложен и осуществлен синтез углеродных нанотруб из полиэтилена методом осаждения углерода из газовой фазы в присутствии катализатора (1997-2002гг.). Предсказаны и теоретически исследованы соединения углеродных нанотруб на основе топологических дефектов в гексагональной атомной сетке (1992-2003гг.). Расшифрованы структуры сверхтвердых материалов на основе фуллеренов С60 и С70 (2000-2015 гг.); предложены новые нанокластерные структуры, приводящие к формированию сверхтвердых материалов. В настоящее время группой проф. Л.А. Чернозатонского развивается широкая программа исследований свойств графеновых и графенообразных квазидвумерных (2D) структур и конструирования новых структур, перспективных для нанотехнологии. Исследуются алмазоподобные слоистые структуры, получаемые из графеновых слоев, наноструктуры из связанных нанографенов и нанотруб. Развиваются исследования по предсказанию и синтезу новых типов неуглеродных квазидвумерных материалов; моделируются структура и свойства неуглеродных фуллеренов и нанотруб на основе боридов, диборидов и оксидов.

 

Состав лаборатории

 

Левин Вадим Моисеевич; зав. лаб., к.ф.-м.н., профессор;

Чернозатонский Леонид Александрович, г.н.с., д.ф.-м.н., профессор;

Кононенко Вадим Леонидович, в.н.с., д.ф.-м.н.;

Семенов Семен Николаевич, в.н.с., к.ф.-м.н.

Петронюк Юлия Степановна, с.н.с., к.ф.-м.н.;

Титов Сергей Александрович, с.н.с., к.ф.-м.н.;

Богаченков Алексей Николаевич, с.н.с., к.ф.-м.н.;

Чуков Виталий Николаевич, н.с., к.ф.-м.н.;

Мороков Егор Степанович, н.с.

Храмцова Елена Александровна, м.н.с.

 

Избранные публикации

 

В области визуализации и неразрушающего контроля высокого разрешения:

  1. Л.А. Пирузян, О.В. Колосов, Р.Г. Маев, В.М. Левин, Т.А. Сенюшкина, Акустическая микроскопия органических и биологических материалов, ДАН СССР, т.280(5), 115-117, 1985
  2. В.М. Левин, Р.Г. Маев, Т.А. Сенюшкина, Изучение особенностей микроструктуры сверхпроводящей керамики методом сканирующей акустической микроскопии, Письма ЖЭТФ, т.47(2), 267-270, 1988
  3. m. Levin, V.D. Blank, V.M. Prokhorov, Ja.M. Soifer, N.P. Kobelev, Elastic modules of solid C60: measurement and relationship with nanostructure, Phys. Chem. Solids, 61, 1017-1024, 2000
  4. Е.В.Снеткова, В.М.Левин, Ю.С.Петронюк, А.Н.Богаченков, А.Ф.Денисов, Л.А.Денисова; Перспективы применения методов акустической микроскопии для исследования тканей глаза. Морфология, 2003.
  5. S. Petronyuk, V.M. Levin, V.N. Zygan, Microacoustical NDE of pyrocarbon materials for cardiovascular prosthetic application, Annals of transplantation, pp. 106-112, 2004.
  6. S. Petronyuk, V.M. Levin, Songping Liu, Zhang Qianlin, Measuring elastic properties and anisotropy of microstructural units of laminate composite materials by microacoustical technique, J Materials Science & Engg.-A , 412(1-2), 93-96, 2005
  7. V. Zinin, J. Allen, V.M. Levin. Mechanical Resonances in Bacteria, Phys. Rev. E, 72, 061907, 2005
  8. V. Zakutailov, V.M. Levin, Yu.S. Petronyuk, High-resolution ultrasound methods: Microstructure visualization and diagnostics of elastic properties of modern materials (Review), Inorganic Materials, 46(15), 1635-1661, 2010
  9. Bellucci, F. Micciulla, V. M. Levin, Yu. S. Petronyuk, L. A. Chernozatonskii et al, Microstructure, elastic and electromagnetic properties of epoxy-graphite composites, AIP Advances, 5, 067137, 2015
  10. Ю.С. Петронюк, Е.С. Мороков, В.М. Левин, Методы импульсной акустической микроскопии в промышленной диагностике, изв. ран, сер. физическая, 79(10), 1425–31, 2015

Y.S. Petronyuk, E.S. Morokov, V.M. Levin, Methods of pulsed acoustic microscopy in industrial diagnostics, Bulletin of the Russian Academy of Sciences. Physics, v.79(10), 1268–73, 2015

  1. M. Levin, Y.S. Petronyuk, E.S. Morokov, A. Celzard, S. Bellucci, P.P. Kuzhir, What does see the impulse acoustic microscopy inside nanocomposites?, Physics Procedia, 70, 703–6, 2015
  2. S. Morokov, V.M. Levin, Yu.S. Petronyuk et al, Acoustic microscopy for visualization and evaluation of ceramic-ceramic contact zone, Physics Procedia, 70, 703–706, 2015

В области изучения и моделирования структуры и свойств нанообъектов и наноматериалов:

  1. Чернозатонский Л.А., Сорокин П.Б., Артюх А.А. Новые наноструктуры на основе графена: физико-химические свойства и приложения, Успехи химии 83, 251-279 (2014).
  2. Л.А. Чернозатонский, Артюх А.А.,. Демин В.А. Наносетки из биграфена: строение свойства и формирование, Письма в ЖЭТФ 99(5), 309-314 (2014).
  3. A.G. Kvashnin, Chernozatonskii L.; Yakobson B.I., Sorokin P.B., Phase diagram of quasi-2-dimensional carbon, from graphene to diamond, NANO Lett., 14(2), 676-681 (2014).
  4. Демин В.А., Чернозатонский Л.А., Новые металлические квазидвумерные структуры графена и слоев дисульфида молибдена со встроенными атомами рения, Письма в ЖЭТФ, 101(2), 103-107 (2015)
  5. G. Kvashnin, S. Bellucci, L.A. Chernozatonskii, Sharp variations in the electronic properties of graphene deposited on the h-BN layer, Phys. Chem. Chem. Phys., 17(6), 4354-4359 (2015)

В области биофизических и химико-гидродинамических исследований:

  1. Kononenko Vadim L. Characterization of red blood cells’ rheological and physiological state using optical flicker spectroscopy. // In: Advanced optical flow cytometry. Methods and disease diagnoses, V.V. Tuchin, ed., Wiley-VCH, Berlin. 2011. Ch. 7. pp. 155-210
  2. Кононенко В.Л., Бывалов А.А., Конышев И.В., Атауллаханов Ф.И. Методики регистрации смещений и сил взаимодействия сенсибилизированных микросфер-зондов с клетками методом оптического пинцета в условиях «тени» исследуемого объекта. // Материалы докладов V съезда биофизиков России (Ростов-на-Дону, 2015 г.), Ростов-на-Дону: Изд-во Южного федерального университета, 2015, т.2, стр. 48.
  3. N. Semenov, M.E. Schimpf, Thermoosmosis as driving mechanism for micro-or nanoscale engine driven by external temperature gradient, J. Phys. Chem. C (2015).
  4. Semenov, M. Schimpf, Theory of Soret coefficients in binary organic solvents, J. Phys. Chem. B, 118 (11), 3115-21 (2014)
Яндекс.Метрика