Физика и технологии наноструктур, наносистем, наноматериалов и нанобиофизика
Наиболее значимые инфраструктурные изменения, осуществленные в 2009 году, относятся к развитию научно-исследовательской базы (мероприятие 2.2 Программы).
1.1. НОЦ «Нанотехнологии»
Созданы и модернизированные следующие ключевые объекты инфраструктуры: лаборатория высокоразрешающих измерений методом растровой электронной микроскопии, включая приобретение растрового электронного микроскопа JSM-7001F; лаборатория измерений методом рентгеновской дифракции, включая приобретение дифрактометра ARL X’TRA; центр обработки экспериментальных результатов. Подготовлены помещения, организована система кондиционирования, подвод линий умягченной и деионизованной воды, сжатого воздуха и азота, создана система ограничения доступа для защиты дорогостоящего оборудования.
Расширение возможностей в МФТИ в данном направлении позволяет проводить аттестацию государственных стандартных образцов (далее ‑ ГСО) структурных и геометрических параметров, после разработки соответствующей нормативно-технической базы в рамках государственных контрактов МФТИ № 154-6/340 от 24 октября 2008 г. и № 154-6/259 от 11 сентября 2008 г. Разработка нормативно-технической базы, организация производства ГСО и оказание услуг по их аттестации позволяет занять значимую долю рынка ГСО в рамках Российской Федерации, а в перспективе, выйти на международный рынок. С другой стороны, возможность определения интегральных структурных параметров и локальных геометрических параметров увеличивает возможности МФТИ по проведению прикладных и фундаментальных НИОКР в области материаловедения, микроэлектромеханических систем, микро- и наноэлектроники, метаматериалов и т.д. на современном мировом уровне.
1.2. Учебно-научная лаборатория «ЯМР-спектроскопия высокого разрешения»
Приобретен ЯМР-релаксометр и дополнительные устройства и приставки, расширяющие экспериментальные возможности существующего ЯМР-спектрометра, что открывает новые возможности для изучения состава и структуры нанодисперсных материалов.
1.3. Центр молекулярного моделирования
Закуплен и начал работу гибридный вычислительный комплекс на графических процессорах для параллельных вычислений общей мощностью 10 терафлопс. На указанном комплексе планируется проведение научных исследований по молекулярному моделированию, обучение студентов в области параллельных вычислений. Помимо этого, для второго ПНР планируется осуществление вычислений в сфере сейсморазведки.
1.4. Исследовательско-технологический комплекс кафедры общей химии
Реализована первая очередь экспериментально-технологического комплекса атомно-слоевого осаждения наноструктур с ситемой шлюзовой загрузки образцов, запущена установка структурной диагностики нанослоев методами рентгеновкой дифракции и рефлектометрии, реализованы методики лазерной элипсометрии и зондовой профилометрии, что позволит эффективно разрабатывать новые технологии получения функциональных нанослоев для биомедицинских и электронных изделий.
1.5. НОЦ «Бионанофизика»
Основной задачей данного центра является изучение физических свойств и механизмов функционирования мембранных белков. Для измерений толщин одно- и многослойных пленок и пленочных структур и для измерения их оптических характеристик на различных типах поверхностей в ультрафиолетовом и видимом диапазоных волн приобретен UV/VIS спектроскопический эллипсометр. Также ведется ремонт помещения для размещения биофизической лаборатории НОЦ "Бионанофизика".
2.1. НОЦ «Нанотехнологии»
2.1.2. При участии НОЦ «Нанотехнологии» введены в действие с мировым приоритетом межгосударственные стандарты:
2.1.2.1. ГОСТ 8.591-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона с трапецеидальным профилем элементов. Методика поверки»;
2.1.2.2. ГОСТ 8.592-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Меры рельефные нанометрового диапазона из монокристаллического кремния. Требования геометрическим формам, линейным размерам и выбору материала для изготовления»;
2.1.2.3. ГОСТ 8.593-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы сканирующие зондовые атомно-силовые. Методика поверки»;
2.1.3.4. ГОСТ 8.594-2009 «Государственная система обеспечения единства измерений. Микроскопы электронные растровые. Методика поверки».
2.1.3.1. ГОСТ Р «Государственная система обеспечения единства измерений. Эффективная высота шероховатости поверхности. Методика выполнения измерений с помощью сканирующего зондового атомно-силового микроскопа»;
2.1.3.2. ГОСТ Р «Государственная система обеспечения единства измерений. Размерные параметры наночастиц и тонких пленок. Методика выполнения измерений с помощью малоуглового рентгеновского дифрактометра»;
2.1.3.3. ГОСТ Р «Государственная система обеспечения единства измерений. Межплоскостные расстояния в кристаллах. Методика выполнения измерений с помощью просвечивающего электронного микроскопа»;
2.1.3.4. ГОСТ Р «Государственная система обеспечения единства измерений. Межплоскостные расстояния в кристаллах и распределение интенсивностей в дифракционных картинах. Методика выполнения измерений с помощью электронного дифрактометра».
2.1.5. Успешно проведены работы по следующим темам:
2.1.5.1. «Масс-спектрометрическая идентификация комплексов антиген-антитело на подложке атомно-силового микроскопа»;
2.1.5.2. «Исследование поверхностных и двумерных эффектов в планарных структурах».
Лабораторией кафедры общей химии разработаны новые технологические процессы атомно-слоевого осаждения нанослоев оксида алюминия, диоксида титана, гомогенных аморфных структур на основе Al-Ti-O, определены закономерности влияния параметров роста нанослоев на их химический состав, кристаллическую структуру, биомедицинские и электронные свойства. На основе полученных результатов выполнялись следующие работы:
2.2.1. «Исследование структуры покрытий титановых имплантатов и разработка новых методик диагностики поверхности тестовых образцов титановых имплантатов»;
2.2.2. «Исследование структуры поверхности тестовых образцов имплантатов на основе полимерных конструкций с наноструктурированными покрытиями»;
2.2.3. «Исследование структуры полимерных материалов для интраокулярных линз и разработка новых методик диагностики поверхности тестовых образцов»;
2.2.4. «Исследование технологических процессов модифицирования поверхности титановых имплантатов для обеспечения их ускоренной остеоинтеграции».
2.3. Факультет молекулярной и биологической физики
Выполнены исследования:
2.3.1. «Разработка метода определения фенотипических характеристик человека, включая пол, группу крови, варианты цвета глаз и волос, по образцу ДНК»;
2.3.2. «Расчет параметров движения, перемешивания и термостатирования вязких жидкостей, используемых в процедуре выделения нуклеиновых кислот в сменном одноразовом модуле»;
2.3.3. «Исследование спектральных свойств флуоресцентно-меченых дезоксинуклеозидтрифосфатов для высокочувствительных методов ПЦР–диагностики»;
2.3.4. «Структура и молекулярная динамика С‑N-волокон и корреляция данных ЯМР с результатами других методов исследования».
2.4. НОЦ «Бионанофизика»
Решены следующие задачи:
2.4.1. Экспрессия, солюбилизация и очистка бактериородопсина и коннексина 26 для получения максимально чистых белков в необходимых для дальнейших исследований количествах.
2.4.2. Кристаллизация белка бактериородосина в липидных мезофазах. Подбор наиболее подходящих для кристаллизации детергентов и оптимизация условий кристаллизации.
2.4.3. Исследование проблемы двойникования мембранных белков на примере белка бактериородопсина. Проводился поиск путей получения высококачественных (бездвойниковых или малодвойниковых) кристаллов бактериородопсина.
2.4.3. Теоретическое исследование явления двойникования и построение модели роста двойниковых кристаллов, объясняющее экспериментально наблюдаемые результаты.
2.4.4. Разработка алгоритмов для расчетов пространственного расположения атомов бактериородопсина и коннексина 26 по рентгеноструктурным данным.
2.4.5. Проведено исследование поверхностных электромагнитных волн на граничной поверхности металл-диэлектрик, в частности, найдены условия возбуждения поверхностных плазмон-поляритонов.
2.4.6. Решена задача о плазмонном резонансе, локализованном между металлическими гранулами с размерами, много меньшими длины волны падающего электромагнитного излучения. Найдены оптимальные условия усиления поля в металлических наноструктурах.
2.4.7. Разработан метод измерений оптического отклика кристаллов бактериородопсина.
