11 октября 2016 года

состоялось очередное заседание Президиума Российской академии наук

Члены Президиума заслушали научное сообщение «Гигантское комбинационное рассеяние: применение в химии, биологии и медицине».

Докладчики: академик А.Н. Лагарьков — Институт теоретической и прикладной электродинамики РАН, проф. И.Н. Курочкин — Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН.

Спектроскопия комбинационного рассеяния света — один из мощнейших методов извлечения обширной информации о строении молекул. Она позволяет исследовать химическую структуру и состав очень сложных химических систем, таких, например, как биологические материалы. Однако сечение рамановского рассеяния на много порядков величины меньше сечения флюоресценции, что затрудняет проведение прецизионных экспериментов. Открытое в 1974 году явление гигантского комбинационного рассеяния позволило преодолеть это обстоятельство. В англоязычной литературе гигантское комбинационное рассеяние имеет аббревиатуру SHRS (усиленное поверхностью рамановское рассеяние). SERS — это техника поверхностной колебательной спектроскопии молекул. Сигнал усиливается плазмонным резонансом, что обеспечивается специально организованными наноструктурами. Физика наночастиц и наноструктур играет для этого эффекта решающую роль, а соответствующие подложки формируются нанолитографией или возникают вследствие самоорганизации. Необходимо быть уверенным, что молекулы анализируемых веществ взаимодействуют с усиливающей сигнал поверхностью, поэтому перенос молекул из объема к поверхности — специальная проблема химии и биохимии.

В докладе обсуждались различные способы создания как усиливающих сигнал поверхностей, так и агломератов из усиливающих частиц. Кроме традиционных систем, в которых сигнал усиливается плазмонными резонансами, рассматриваются другие возможности, например, возбуждение коллективных резонансов в специально организованных диэлектрических структурах. Комбинация металлических и диэлектрических наноструктур позволяет получить гарантированное усиление сигнала на подложке порядка 10⁸. Обсуждается применение SERS в медицинской диагностике.

Показано, что созданные в России методы не уступают зарубежным и позволяют проводить определение активности ферментов и их ингибиторов на уровне 10^-15М. Кроме того, полученные наноструктурированные подложки на основе серебра открывают возможность определения и идентификации вирусных и бактериальных частиц вплоть до специфической регистрации отдельных микробиологических объектов. Возможности разработанных плазмонных структур показаны также на примере быстрого определения гликированных форм белков. Полученные результаты показывают целесообразность применения методов на основе гигантского комбинационного рассеяния для регистрации широкого спектра белков-маркеров различных патологических состояний, мониторинга уровня экологических загрязнений и качества продуктов питания.

Исключительно многообещающим представляется использование усиленного поверхностью когерентного рамановского рассеяния. В этом случае при использовании комбинированных подложек (типа диоксида церия с золотыми наночастицами) удается достигнуть абсолютно рекордных соотношений сигнал-шум при огромном увеличении коэффициента усиления сигнала.

В обсуждении доклада приняли участие:

ак. А.И. Арчаков, ак. В.Е. Фортов, ак. С.М. Алдошин, ак. В.П. Чехонин, ак. И.А. Щербаков, проф. А.К. Сарычев (ИТПЭ РАН), чл.-корр. РАН И.В. Кукушкин, чл.-корр. РАН С.Д. Варфоломеев, проф. Д.А. Затейщиков — ФГБУ «УНМЦ» УД Президента РФ.

Члены Президиума обсудили и приняли решения по ряду других научно-организационных вопросов.