Основные достижения 2019 г.

Разработана и исследована новая конструкция магнитометра слабых магнитных полей на основе микрополоскового резонатора с тонкой магнитной пленкой. Датчик является универсальным магнитометрическим устройством и может использоваться при решении широкого круга научно-технических и исследовательских задач, например, при реализации различных методов электромагнитных геофизических исследований, в системах магнитной связи в качестве широкополосной антенны, в оборонной технике, в медицине и в охранной сигнализации. Разработанный датчик имеет малые массу и габариты, является простым и сравнительно дешевым при серийном производстве, при этом он обладает чувствительностью, превышающей более чем на порядок чувствительность известных конструкций тонкопленочных датчиков. Уровень собственных шумов датчика на частоте 1 Гц составляет 10-11 Тл/Гц1/2; на частотах более 102 Гц чувствительность датчика превышает чувствительность лучших феррозондовых преобразователей, а на частотах выше 104 Гц, вплоть до частоты до 106 Гц, уровень шумов снижается до 10-13 Тл/Гц1/2.

Рис. 1. Слева на рисунке фотографии опытной партии разработанных магнитометров слабых магнитных полей и феррозонд английской компании Bartington Mag-13MCL100. Справа – измеренные зависимости уровней собственных шумов разработанных устройств и феррозонда Bartington Mag-13MCL100.

1. Датчик слабых магнитных полей: пат. 2682076 Российская Федерация: МПК7 G01R 33/24, G01R 33/02 / Бабицкий А.Н., Беляев Б.А., Боев Н.М., Изотов А.В., Бурмитских А.В.; заявитель и патентообладатель ФИЦ КНЦ СО РАН.

Переключаемые металлоорганические каркасы (пористые кристаллы) способны трансформировать свою кристаллическую структуру при внешнем воздействии из плотного, непористого в высокопористое, открытое состояние и наоборот. Подобные материалы имеют высокий потенциал в качестве перспективных сорбентов в системах хранения и разделения газов, различных сенсорах. Механизмы переключения из непористого в высокопористое состояние и обратно, а также факторы, влияющие на наличие этого свойства, являются предметом пристального изучения.
Предложена методика определения состояния структуры металлоорганических каркасов на примере DUT-8(Ni) и DUT-8(Co) (DUT – Dresden University of Technology) по «дыхательной» терагерцовой моде колебаний пор методом спектроскопии комбинационного рассеяния света.

Рис. 2. Спектры и структура DUT-8. Структура с открытыми порами – 23 см–1, c закрытыми порами 59 см–1 и 46 см–1 для DUT-8(Ni) и DUT-8(Co), соответственно. Большая частота соответствует меньшему размеру пор в закрытом состоянии для структур с различными металлами.

1. Ehrling S., Senkovska I., Bon V., Evans J. D., Petkov P., Krupskaya Yu., Kataev V., Wulf T., Krylov A., Vtyurin A., Krylova S., Adichtchev S., Slyusareva S, Weiss M.S., Büchner B., Heine T. and Kaskel S., Crystal size versus paddle wheel deformability: selective gated adsorption transitions of the switchable metal–organic frameworks DUT-8(Co) and DUT-8(Ni) // J. Mater. Chem. A. – 2019. – V. 7. – P. 21459-21475. (Impact Factor WoS – 10.733, Q1)

Одной из серьёзных и сложных задач современной молекулярной биологии является определение пространственной структуры органической молекулы, когда монокристаллы отсутствуют. Общепринятым в такой ситуации является метод малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР). Он дает только информацию о распределении зарядовой плотности, но не атомов в молекуле. Мы дополнили метод МУРР методами молекулярного моделирования, что позволило восстановить структуру биомолекулы. Предлагаемый подход был тестирован при определении известной структуры ДНК-аптамера RE31, определённой из рентгеноструктурного анализа. Была получена трёхмерная форма общей электронной плотности молекулы, на основе которой восстановлена атомная структура, а также исследовано изменение конформации молекулы при изменении температуры. Эксперименты МУРР проводились на синхротронах в НИЦ “Курчатовский институт” в Москве и ESRF в Гренобле, Франция.

Рис. 3 Схема методики определения 3D-структуры ДНК-аптамера RE31 к белку тромбину (слева), молекулярный докинг “аптамер-мишень” (справа).

1. Felix N. Tomilin, Roman Moryachkov, Irina Shchugoreva, Vladimir N. Zabluda, Georgy Peters, Mikhail Platunov, Vera Spiridonova, Anastasia Melnichuk, Anastasia Atrokhova, Sergey S. Zamay, Sergey G. Ovchinnikov, Galina S. Zamay, Alexey Sokolov, Tatiana N. Zamay, Maxim V. Berezovski, Anna S. Kichkailo, Four Steps for Revealing and Validating 3D Structure of Aptamers in Solution by Small Angle X-ray Scattering and Computer Simulation //Analytical and bioanalytical chemistry. – 2019. – V. 411. – №. 25. – P. 6723. (Impact Factor WoS – 3.286, Q1)

Изучено влияние ультразвуковой обработки на свойства оксидов и оксигидроксидов железа. Исследовались наночастицы ферригидрита, синтезированные микроорганизмами Klebsiella oxytoca, наночастицы ферригидрита, синтезированные химическим методом и наночастицы гематита. Исследования образцов наночастиц проводились с использованием методик просвечивающей электронной микроскопии, мессбауэровской спектроскопии, ферромагнитного резонанса. Для идентификации органической оболочки наночастиц ферригидрита, синтезированных микроорганизмами Klebsiella oxytoca был использован метод инфракрасной спектроскопии. Было показано, что оболочка биогенного ферригидрита состоит из экзополисахаридов. Изучение влияния ультразвуковой кавитации суспензии биоферригидрита показало, что в результате обработки происходит образование металлической фазы α-Fe. Впервые было обнаружено, что восстановление ионов железа до металлического состояния при ультразвуковой обработке происходит только при наличии органической компоненты белка или полисахарида.

Рис. 4.  Изображения, полученные с помощью просвечивающего микроскопа и Мессбауэровские спектры наночастиц ферригидрита до (a) и после (b) ультразвуковой обработки.

1. Stolyar S.V., Bayukov O.A., Yaroslavtsev R.N., Knyazev Yu.V., Ladygina V.P., Gerasimova Yu.V., Iskhakov R.S. Ion Reduction in Iron Oxide and Oxihydroxide Nanoparticles During Ultrasonic Treatment // Advanced Powder Technology. – 2019. – V. 30. – P. 2620-2625.
2. Способ приготовления металлических наночастиц железа: пат. 2642220 / Столяр С.В., Ладыгина В.П., Баюков О.А., Ярославцев Р.Н., Исхаков Р.С., Добрецов К.Г.; заявитель ФИЦ КНЦ СО РАН, патентообладатели: ФИЦ КНЦ СО РАН, СФУ.