ИСТИНА

Во многих задачах науки и техники, включая технологические и медицинские, в которых размер объекта определяет его свойства, необходимы чувствительные методы обнаружения, анализа и испытания как множественных, так и единичных объектов нанометрового размера. Это весьма актуально при тестировании различных параметров новых наноматериалов и наножидкостей (на основе металлов, оксидов металлов, квантовых точек, на основе углерода и др.) а также при исследованиях природных дисперсных (в том числе живых) систем. Во всех этих случаях необходимо как определять различные по природе светопоглощающие соединения и хромофоры с учетом дисперсного состояния, так и, часто одновременно, охарактеризовать в динамике теплофизические характеристики этих объектов. В этом проекте для поставленной цели будет использована фототермическая спектроскопия как метод молекулярной абсорбционной спектроскопии, который может одновременно предоставлять информацию о светопоглощении и теплофизических свойствах материалов. Мы планируем разработать методологию комбинированного высокочувствительного количественного анализа, а также оценки и определения теплофизических параметров в тонкодисперсных системах — коллоидных растворах наночастиц (металлических: золото, серебро; углеродных: фуллеренов и наноалмазов — и растворах некоторых белков (гемопротеинов и альбуминов) без модификации системы и при помощи направленной модификации исследуемой системы при помощи водорастворимых полимеров, а также в наноматериалах на основе наночастиц металлов и углерода. В рамках проекта также предлагается разработать методологию одновременного измерения не только основного оптического (фототермического) сигнала, но и люминесцентного и фотометрического сигнала, а также светорассеяния за счет создания многосигнальной схемы фототермических измерений. Для получения дополнительной информации об исследуемом объекте будут использованы другие современные методы исследования и анализа, такие как ИК-спектроскопия, микроэлементный анализ и др. Решение задач проекта позволит достигнуть значительного прогресса в исследованиях процессов переноса энергии в сложных дисперсных системах и создавать многофункциональные высокочувствительные спектральные приборы, а также приведет к разработке новых методик анализа и испытания жидких и твердых дисперсных систем.

In many problems of science and technology, including technological and medical, in which the size of the object determines its properties, it is required more sensitive methods of detection, analysis and testing of multiple and single objects of nanometer size. This is very important for testing different parameters of the new nanomaterials and nanofluids (based on metals, metal oxides, quantum dots, carbon-based, etc.) as well as in studies of the natural dispersion (including living) systems. In all these cases it is necessary to determine the different light-absorbing compounds and chromophores, given a dispersed state, and simultaneously to characterize the dynamics of the thermophysical characteristics of these objects. In this project for this goal we will use photothermal spectroscopy as a method of molecular absorption spectroscopy, which can simultaneously provide information on the absorption and thermal properties of materials. We plan to develop a combined methodology for highly sensitive quantitative analysis, and the evaluation and determination of thermophysical parameters in fine-disperse systems colloidal solutions of nanoparticles (metallic: gold, silver; carbon: fullerenes and nanodiamonds — and the solutions of some proteins (albumin and hemeproteins) without modifications to the system and using a targeted modification of the system under study using water-soluble polymers, and to nanomaterials based on nanoparticles of metals and carbon. The project also proposes to develop a methodology for simultaneous measurement of the main optical (photothermal signal), but also luminous and the photometric signal and the light scattering due to the creation of mnogogrannoi schematic of photothermal measurements. For more information about the object will be used by other modern methods of investigation and analysis such as IR spectroscopy, microelemental analysis, etc. The task of the project will allow to achieve significant progress in the research of energy transfer processes in complex disperse systems and to create a multifunctional high-sensitive spectral devices, as well as will lead to the development of new methods of analysis and testing of liquid and solid disperse systems.

1. Результаты теоретического моделирования термооптического и фотометрического сигнала для измерений биологических образцов, с учетом одновременного измерения термолинзового сигнала, фотометрического сигнала (оптической плотности) и люминесценции (или светорассеяния) 2. Результаты расчета теплопроводности, температуропроводности и фототермических коэффициентов при помощи фототермических измерений воды и водных растворов наноматериалов (металлические наночастицы, квантовые точки, углеродные наноматериалы — водные дисперсии фуллеренов и наноалмазов) при различных концентрациях и их использование для повышения чувствительности термолинзового определения. 3. Результаты расчета теплопроводности, температуропроводности, тепловой активности и фототермических коэффициентов при помощи фототермических измерений воды и водных растворов белков в различных полимерно-модифицированных водных средах. 4. Результаты экспериментальной оптимизации оптической схемы комплексного термолинзового/флуоресцентного спектрометра для измерений биологических образцов, включающие одновременное измерение термолинзового сигнала, фотометрического сигнала (оптической плотности) и люминесценции (или светорассеяния). 5. Стенд установки термолинзового спектрометра для определения и диагностики наноразмерных светопоглощающих частиц по их оптическим и тепловым свойствам, реализующий одновременное измерение термолинзового сигнала, фотометрического сигнала (оптической плотности) и люминесценции (или светорассеяния). 6. Результаты оценки основных рабочих параметров созданного прибора и результаты их практической оптимизации. Результаты оценки долговременной стабильности оптической схемы термолинзового спектрометра для измерений биологических образцов. 7. Условия определения модельных дисперсных систем, содержащих комплексы металлов и полимерно-модифицированные водные среды на основе полиэтиленгликолей, полииминов и гидрогелей при помощи термолинзовой спектрометрии и их сравнение с определением этих соединений при помощи ИК-спектроскопии, спектрофотометрии и флуориметрии. 8. Условия определения белков различных классов (гемопротеины и альбумины) по собственному поглощению и при помощи фотометрических реакций с реагентами разных типов при помощи термолинзовой спектрометрии и их сравнение с определением этих соединений при помощи фотометрии/ИК-спектроскопии и флуориметрии. 9. Экспериментальные результаты и теоретические оценки спектральных (коэффициенты поглощения) и фотохимических (квантовые выходы) характеристик исследуемых белков и их комплексов в различных средах и при различных условиях эксперимента. 10. Метрологические характеристики определения иммобилизированных наночастиц различных классов, определение их положения в пространстве, сопоставление с теоретической оценкой, основанной на предложенном подходе к описанию процесса генерации термолинзового сигнала в гетерогенных образцах.

Авторы проекта в лаборатории спектральных методов анализа кафедры аналитической химии Химического факультета МГУ (группа молекулярной спектроскопии) с 1986 года занимаются теоретической и экспериментальной разработкой методов фототермической спектроскопии (всего более 200 публикаций). Создана основа для дальнейшего совершенствования этих методов и их использования в фундаментальных и прикладных аналитических исследованиях. Работа поддержана грантами РФФИ (98-03-32827-а, 01-03-33149-а, 03-02-17333-а, 03-03-32892-а, 06-03-33127-а, 06-04-81052-Бел_а, 07-02-00445-а, 07-03-00859-а, 09-03-00502-а, 09-03-92102-ЯФ_а, 10-02-01354-а, 10-03-01018-а, 13-03-00535-а), МинНауки, РНФ.

Во многих задачах науки и техники, включая технологические и медицинские, в которых размер объекта определяет его свойства, необходимы чувствительные методы обнаружения, анализа и испытания как множественных, так и единичных объектов нанометрового размера. Это весьма актуально при тестировании различных параметров новых наноматериалов (на основе металлов, оксидов металлов, квантовых точек, на основе углерода и др.) а также при исследованиях природных дисперсных (в том числе живых) систем. Во всех этих случаях необходимо как определять различные по природе светопоглощающие соединения с учетом дисперсного состояния, так и, часто одновременно, охарактеризовать теплофизические характеристики этих объектов. В этом проекте для поставленных целей используется фототермическая спектроскопия как метод молекулярной абсорбционной спектроскопии, который может одновременно предоставлять информацию о светопоглощении и теплофизических свойствах материалов. В проекте созданы модели формирования термолинзового сигнала в узколучевой (сфокусированной) и широколучевой схеме измерений с учетом дисперсности и светопоглощения дисперсионной среды и дисперсной фазы. На основе теоретического и экспериментального моделирования и оптимизации создана экспериментальная установка для реализации фототермической (термолинзовой) спектроскопии в различных режимах. В рамках этого года работы над проектом реализована широколучевая схема измерений, обеспечивающий одновременное определение поглощающих соединений на уровне наномолярных концентраций и температуропроводности. Предложены протокол пакетной обработки данных времяразрешенных термолинзовых измерений, обеспечивающий определение температуропроводности исследуемых объектов и его программная реализация. Найдены теплофизические характеристики (коэффициенты температуропроводности, тепловой активности и теплопроводности) модельных систем, наночастиц (фуллерены, дисперсный оксид кремния) в водных растворах и водно-органических смесях. Проведена одновременная оценка концентрационных и теплофизических характеристик из термолинзовых, фотометрических и ИК-спектроскопических и данных для комплексов металлов в водных и полимерно-модифицированных растворах и водных дисперсий фуллеренов. В целом, термолинзовая спектрометрия с учетом особенностей созданного термолинзового спектрометра даёт возможность как определять концентрацию веществ, так и оценивать теплофизические параметры, при этом более перспективными являются термолинзовые спектрометры, направленные на решение концентрационных задач или задач оценки теплофизических параметров, чем универсальные термолинзовые спектрометры. Решение задач проекта позволит достигнуть значительного прогресса в исследованиях процессов переноса энергии в сложных дисперсных системах и создавать многофункциональные высокочувствительные спектральные приборы, а также приведет к разработке новых методик анализа и испытания жидких и твердых дисперсных систем.