04-4-1133-2018/2020
 
Приоритет: 1
   
Статус: Одобрена


Современные тенденции и разработки в области Рамановской микроспектроскопии и фотолюминесценции для исследований конденсированных сред


Руководители темы:    Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.


Участвующие страны и международные организации:

Армения, Беларусь, Болгария, Германия, Египет, Латвия, Польша, Россия, Словакия, Украина. 

Изучаемая проблема и основная цель исследований:

Современные тенденции в микроспектроскопии на основе комбинационного (рамановского) рассеяния света, обеспечивающие ультрачувствительные, высококонтрастные и химически селективные подходы для исследований конденсированных сред при предельно малых концентрациях молекул исследуемого вещества, находятся в центре внимания настоящей исследовательской программы. Обнаружение и идентификация одиночных молекул представляет собой предельный уровень чувствительности в химическом анализе. Возможность отслеживания и мониторинга одиночных молекул с информацией об их химической структуре предопределяет далеко идущие перспективы в фундаментальных и прикладных исследованиях в данной области. В этой связи, колебательная спектроскопия, такая как рамановская спектроскопия, будучи неинвазивной и не требующей специальных меток методика, представляется весьма информативным и предпочтительным инструментом для изучения одиночных органических/биологических молекул. Данная цель может быть достигнута с помощью уникальной методики комбинирования двух усиленных модификаций комбинационного рассеяния света, а именно КАРС (когерентное антистоксово рассеяние света) и ГКР (гигантское комбинационное рассеяние) спектроскопии. Основанная на таком подходе ультрачувствительная спектроскопия, известная как ГКАРС – гигантское когерентное антистоксово рассеяние света, в настоящее время мало изучена.
Исследования в области фото- и апконверсионной люминесценции на основе перспективных наноструктур типа «ядро-оболочка». В последние годы, благодаря ряду своих привлекательных свойств, таких как полифункциональность, регулируемость и стабильность, подобные структуры эффективно применяются в современных исследованиях, связанных с биомедициной, оптикой, экологией, материаловедением, энергетикой и т.д. Наноструктуры «ядро-оболочка», содержащие благородные металлы, представляют собой плазмонные наноматериалы, и успешно применяются для контрастной визуализации исследуемых объектов, а также в различных биомедицинских задачах и т.д. 

Ожидаемые результаты по завершении этапов темы или проектов:

  1. Модернизированная под ультрачувствительную спектроскопию ГКАРС многомодальная оптическая платформа. 

  2. Достижение уровня воспроизводимой регистрации спектров комбинационного рассеяния одиночных/единиц органических молекул методами ГКР и ГКАРС. 

  3. Изучение спектрально-структурных характеристик апконверсионных люминофоров с различными редкоземельными элементами на основе наноструктур «ядро-оболочка». 

  4. Тестовые результаты по выявлению эффективности применения порфиронов в качестве оболочек, и нанокристаллов NaYF4: Yb 3+, Tm 3+/Er 3+ в качестве ядра, в фотодинамической терапии рака. 

  5. Создание единой платформы для комплементарной спектрально-селективной визуализации образцов методами нелинейной микроскопии комбинационного рассеяния и апконверсионной люминесценции. 

  6. Комплексный анализ исследуемых в рамках темы структур и образцов методами комбинационного рассеяния, рентгеноструктурного анализа, атомно-силовой микроскопии и электронной микроскопии. 

Ожидаемые результаты по этапам темы или проектам в текущем году:

  1. Разработка сканируемой по длине волны пикосекундного «КАРС»-микроспектрометра. 

  2. Продолжение тестирования различных по конфигурации ГКР-активных подложек с целью оптимального выбора для эффективной ГКАРС спектроскопии. 

  3. Сравнение ГКР и ГКАРС спектров и карт интенсивности света, рассеянного от исследуемых органических молекул. 

  4. Синтез наноструктур «ядро-оболочка»: NaYF4: Yb 3+, Er 3+, Tm 3+@SiO2 и тестирование на их токсичность. 

  5. Реализация метода контрастной и селективной визуализации на модельных образцах методом комбинационного рассеяния и апконверсионной люминесценции.

 

Проекты по теме:

  Название проекта Руководитель проекта Приоритет проекта
(сроки реализации)
1. НАНОБИОФОТОНИКА Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.
Заместитель:
Маматкулов К.З.
1   (2018-2020)
Основные этапы темы:
  Этап темы или эксперимент Руководители Статус проекта или эксперимента
  Лаборатория или другие 
подразделения ОИЯИ 
Ответственные от лаборатории
Основные исполнители
1. Разработка научно-технических
требований по модификации
микроспектрометра «КАРС» 
под ультрачувствительную
модальность ГКАРС "SECARS"
Арзуманян Г.М.
Набор данных
  ЛНФ 
 
Дорошкевич Н.В.,  Маматкулов К.З.,  Морковников И.А. 
2. Изучение спектральных и
плазмонных характеристик 
ГКР-активных подложек на 
основе серебряных и золотых
наночастиц c различной
конфигурацией
Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.
Набор данных
  ЛНФ 
 
Маматкулов К.З.,  Воробьева М.Ю.,  Дорошкевич Н.В.,  Марченко А.С. 
3. Систематические эксперименты 
по микроспектроскопии ГКАРС 
на ГКР-активных подложках 
с пикосекундным возбуждением
– спектроскопия одиночных
молекул
Арзуманян Г.М.
Маматкулов К.З.
Реализация
Набор данных
  ЛНФ 
 
Восканян К.Ш.,  Воробьева М.Ю.,  Дорошкевич Н.В.,  Морковников И.А. 
4. Разработка модели плазмонного 
усиления Рамановского рассеяния 
на "КАРС" микроскопе
Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.
Моделирование
5. Изучение
спектрально-структурных
характеристик апконверсионных
люминофоров на основе
наноструктур типа 
«ядро-оболочка»
Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.
Набор данных
  ЛНФ 
 
Воробьева М.Ю.,  Восканян К.Ш.,  Дорошкевич Н.В.,  Маматкулов К.З.,  Марченко А.С. 
6. Тестовое применение
люминофоров на основе 
наноструктур "ядро-оболочка" 
в фотодинамической терапии 
(ФДТ) рака
Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.
Реализация
  ЛНФ 
 
Воробьева М.Ю.,  Восканян К.Ш.,  Дорошкевич Н.В.,  Маматкулов К.З.,  Марченко А.С. 
7. Разработка концепции единой 
оптической платформы для
контрастной и селективной
визуализации образцов методами
нелинейной рамановской
микроскопии и апконверсионной
люминесценции
Арзуманян Г.М.
Реализация
  ЛНФ 
 
Маматкулов К.З.,  Марченко А.С. 
8. Расширение исследовательской
программы на микроскопе
"КАРС" как "дружественного 
прибора пользователя"
Арзуманян Г.М.
Кучерка Н.
Реализация
  ЛНФ 
 
Дорошкевич Н.В. Маматкулов К.З. 



Сотрудничество по теме:  
Страна или 
международная 
организация
Город Институт или 
лаборатория
Участники Статус
Армения Ереван Ин-т биохимии НАН РА Гюльханданян Г.В. + 2 чел. Совместные работы 
Договор
Беларусь Минск БГУИР Бондаренко А.В. + 1чел. Договор 
Обмен визитами
    СОЛ инструментс Копачевский В.Дж. 
+ 3 чел.
Договор 
Обмен визитами
Болгария София Inst. Microbiology BAS Троянова П. + 2 чел. Обмен визитами
Польша Вроцлав UW Филаровски А. + 1 чел Обмен визитами
  Познань AMU Яздвезска М. Обмен визитами
Россия Москва ИОФ РАН Фабелинский В.И. +3 чел. Протокол 
Обмен визитами
    МГУ Курочкин И.Н. + 2 чел. Совместные работы
Словакия Кошице PJSU Грубовчак П. + 1 чел. Совместные работы
Украина Донецк ДонНУ Пойманова Е.Ю. + 2 чел. Совместные работы 
Обмен визитами
Германия Юлих FZJ Половинкин В. Совместные работы 
Обмен визитами
Египет Гиза CU Амин Р. + 2 чел. Совместные работы 
Обмен визитами
Латвия Рига ISSP UL Шараковски А. + 1 чел. Протокол