ВАЖНЕШИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИБХФ РАН ЗА 2016 ГОД

 

Компьютерное моделирование полного каталитического цикла аспартоацилазы.

Впервые методами молекулярного моделирования исследован полный каталитический цикл гидролиза н-ацетиласпартата ферментом человека аспартоацилазой. Энергетические профили стадий химических превращений от фермент-субстратного комплекса до продукта рассчитаны методами квантовой механики – молекулярной механики, профили входа субстрата и выхода продуктов – методами молекулярной динамики. Построена полная кинетическая схема многостадийного процесса, объясняющая экспериментальные исследования реакции. (ИБХФ РАН; Коц Е.Д., Хренова М.Г., Лущекина С.В., Варфоломеев С.Д., Григоренко Б.Л., Немухин А.В.; грант РНФ 14-13-00124)  

Полностью описаны все стадии каталитического цикла аспартоацилазы (ASPA) — одного из ключевых ферментов центральной нервной системы. Фермент осуществляет каталитический гидролиз N-ацетиласпарагиновой кислоты (NAA), представленной в мозге в высокой концентрации. Структурные вариации фермента, отражающиеся на каталитической активности связаны с рядом нейропатологий, прежде всего болезнью Канаван. Построен энергетический профиль всего процесса, включая связывания субстрата с ферментом, и выхода продуктов в раствор. Получена детальная структурная информация, недоступная экспериментальным методам.

(А.В. Немухин, С.В. Лущекина, С.Д. Варфоломеев, ИБХФ РАН, МГУ им. М.В. Ломоносова)

 

Теоретически предсказано формирование нового класса двумерных полупроводников на основе графен/h-BN бислойных соединений; проанализирована структура и свойства таких соединений. Нитрид бора(BN) и графен(G) являются монослоями с одинаковой гексагональной структурой, но слегка отличающимися параметрами атомной решётки. При наложении одного слоя на другой образуется муаровая структура из молекулярно связанных слоев. В отверстиях, которые образуются, например, при воздействии электронного луча, химически активные B-C и N-C атомы, ковалентно соединяясь на краях, «сваривают» слои в единую sp2 бислойную структуру, образуя периодическую бислойную сетку с полностью замкнутыми отверстиями, электронные свойства которой определяются графеновой составляющей. предсказано сильное отличие электронных, оптических и механических свойств BN/G бислойных систем от плоских однослойных графеновых и BN сеток с той же геометрией формы и расположения отверстий. В частности, из-за разрушения симметрии графенового листа такие сетки оказываются полупроводниками в отличие от графеновых сеток – полуметаллов.

Л.А. Чернозатонский, В.А.Демин, А.А.Артюх (ИБХФ РАН). Результат получен в рамках гранта РНФ 14-12-01217 “Моделирование структуры и свойств новых мультислойных наноматериалов на основе дихалькогенидов переходных металлов и BN-графеновых слоев”

 

Исследование фотохромных реакций зрительного родопсина и бактериородопсина методом фемтосекундной спектроскопии.

Проведено сравнение сверхбыстрой прямой и обратной фотохимических реакций двух ретиналь-содержащих белков – эволюционно более древнего бактериородопсина (родопсина 1-го типа) и эволюционно более «молодого» зрительного родопсина (родопсина 2-го типа) с временным разрешением 25 фс. Показано, что квантовые выходы прямой реакции у бактериородопсина (переход полностью-транс ретиналя в 13-цис форму) и у зрительного родопсина (переход 11-цис ретиналя в полностью-транс форму) близки и равны 0.64 и 0.65, соответственно. В то же время квантовые выходы обратной фотореакции, как оказалось, у них существенно различаются, а именно: 0.81 для перехода 13-цис в полностью-транс форму у бактериородопсина и 0.15 для перехода полностью-транс ретиналя в 11-цис форму у зрительного родопсина. Сделано предположение, что в ходе эволюции ретиналь-содержащих белков замещение полностью-транс формы ретиналя как хромофора на его 11-цис форму в хромофорном центре зрительного родопсина обеспечило бóльшую надёжность запуска процесса фототрансдукции (зрительного акта) за счёт уменьшения вероятности обратной фотоизомеризации ретиналя как хромофорной группы.

(академик М.А. Островский, Т.Б. Фельдман, О.А. Смитиенко, лаб. физико-химических основ рецепции ИБХФ РАН,  совместно с ИХФ им. Н.Н. Семенова; Биофак МГУ им. М.В. Ломоносова; ИБХ им. М.М.  Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН)

Важнейшие фундаментальные исследования ИБХФ РАН в 2017 году

  

Проведены исследования по оптимизации структуры новых метаматериалов, обеспечивающих селективное усиление сигналов гигантского комбинационного рассеяния (ГКР) на выбранной частоте, что позволяет создавать высоко-специфические сенсорные структуры для требуемых классов молекулярных структур. Исследованы возможности применения новых метаматериалов для высокочувствительного анализа нейротоксинов, белковых токсинов бактериального происхождения, онкомаркеров, маркеров сердечно-сосудистых заболеваний в ультранизких количествах. Развитые в ИБХФ РАН методы ГКР спектроскопии на основе новых метаматериалов позволяют создать прорывной потенциал в области новых методов биомедицинского анализа, молекулярной диагностики и получить в среднесрочной и долгосрочной перспективе практически значимые научно-технические результаты мирового и опережающего уровня. Руководитель работы – директор ИБХФ РАН, д.х.н.. проф. И.Н. Курочкин; отв. исп. – А.В. Еременко; исп. – И. Будашов, Н.Н. Дурманов, Р.Р. Гулиев, Н. Нечаева (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН), совместно с МГУ им. М.В. Ломоносова и ИТПЭ РАН.

 

 Sensors and Actuators, B: Chemical. — 2018. – 257, 37-47

 

Предложена принципиальная новая концепция программного окисления белков. Согласно постулируемой концепции, пространственная структура белков эволюционно была адаптирована к действию активных форм кислорода (АФК). Некоторых из структурных элементов в белках (домены, субдомены, отдельные полипептидные цепи или их фрагменты) наделены антиоксидантными свойствами, т.е. действуют как перехватчики АФК, обеспечивая тем самым сохранение у белков способности к функционированию в условиях постоянной генерации АФК. Результаты проведенного цикла исследований по идентификации окислительных сайтов в молекулах фибриногена, фибрина и фибристабилизирующего фактора при их индуцированном окислении полностью согласуются с предложенной концепцией. На основе разработанных подходов могут быть созданы диагностикумы нового поколения для выявления окислительного стресса в организме на самых ранних стадиях развития заболеваний. Руководитель работы - д.б.н., проф. М.А. Розенфельд; отв. исп. – к.б.н. А.В. Бычкова; исп. – А.Д. Васильева, Л.В. Юрина, А.Е. Бугрова, М.И. Индейкина, А.С. Кононихин (Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН).

 

 

 Free Radical Research, 52 (2018), 14-38.

 

Основные достижения ИБХФ РАН

Институт занимает ведущие позиции в  следующих научных направлениях:

- в создании фундаментальных основ новых процессов получения биотоплив из  возобновляемого сырья и комплексной переработки биомассы в газообразное и жидкое топливо;

- в изучении новых каталитических систем (в том числе, биомиметических) и создании новых экологически чистых технологий на их основе;

- в производстве специальных биополимерных материалов из возобновляемого сырья; в создании новых экологически чистых биодеградируемых полимеров и полимерных материалов;

- в разработке научных основ и создании технологии инновационного производства высокоэффективных фотовольтаических нанопребразователей солнечной энергии нового поколения на основе металлооксидных солнечных элементов;

- в исследовании электронных свойств органических и металлоорганических веществ и создании новых композиционных материалов (в том числе, нанокомпозитов) для решения медицинских и экологических задач;

- в исследовании микроструктуры и физико-химических свойств современных материалов (полимеров, композитов, биокомпозитов, наноматериалов) методами акустической и зондовой микроскопии и создании нового поколения акустических микроскопов сверхвысокого разрешения.

- в фундаментальных и прикладных исследованиях структуры, свойств, функционирования и молекулярного полиморфизма биомакромолекул современными физическими методами и методами математического и квантово-механического моделирования биопроцессов с помощью современных суперкомпьютеров;

- в изучении химической кинетики и механизмов ферментативных и каталитических реакций, создании ферментных и сенсорных аналитических и биокаталитических технологий.

- в изучении физико-химических основ фотобиологических процессов и создании нового поколения лечебных средств для офтальмологии;

- в комплексном изучении биоантиоксидантов и создании антиоксидантной фармакотерапии;

- в изучении механизмов и эффектов действия низкоинтенсивных физических и химических факторов на живые организмы и окружающую среду (ионизирующая радиация, биологически активные вещества, экотоксиканты и др.);

- в исследовании физико-химических и биотехнологических основ создания функциональных продуктов питания нового поколения;

 

Важнейшие результаты фундаментальных исследований Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН за 2015 год

 

Практические разработки ИБХФ РАН, реализуемые или реализованные в 2015 году, а также результаты основных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, законченных в 2015 году и готовых к практическому использованию.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Наиболее важные результаты предыдущих лет

1. Разработаны технологические основы получения высокооктановых биодобавок к автомобильному топливу на основе использования высокоэффективных специфических магнитоуправляемых нанокатализаторов. Создана экономичная и удовлетворяющая современным экологическим требованиям каталитическая система конденсации полиолов растительного происхождения, главным образом, глицерина с карбонильными соединениями с образованием циклических кеталей - компонентов высокооктановых биодобавок к моторным топливам.

2. Созданы научные основы конверсии биомассы в энергоносители с помощью высокоэффективных биокатализаторов. Разработана технология получения топливного этанола из целлюлозосодержащего сырья и созданы иммобилизованные биокатализаторы для биосинтеза ферментов целлюлозного сырья и непрерывного процесса получения биоэтанола.

3. В ИБХФ РАН впервые разработан  новый высокоселективный метод импульсного флэш-пиролиза техногенного лигносодержащего сырья с целью создания биотоплив и полезного сырья для химической промышленности. Метод высокоскоростного пиролиза биомассы на сегодняшний день является наиболее перспективным способом получения биотоплив из техногенного лигнина, содержащего малые добавки теплоносящих углеродных соединений (многостенных углеродных нанотруб). Данный способ импульсного флэш-пиролиза природной биомассы, а также техногенных продуктов промышленной деятельности человека может быть использован не только для получения биотоплив, но и для селективного синтеза ценных органических соединений.

4. Разработана технология биодеградации реакционных масс, образующихся при уничтожении фосфороорганических отравляющих веществ (Зарина, Зомана, Ви-икс, Иприта и Ипритно-Люизитных смесей). Созданы экспериментальные установки по биодеградации реакционных масс, оптимизированы технологические параметры процесса переработки реакционных масс.

5. Следует особо отметить значительное развитие исследований  Института в области создания новых наноматериалов и нанобиоматериалов, развития теоретических и экспериментальных основ создания нанобиотехнологий, разработки новых высокоэффективных и высокочувствительных методов и приборов для исследования микроструктуры нанокомпозитов. Институт являетсямировым лидером в области развития фундаментальных основ методов и средств импульсной акустической микроскопии. Разработанные в Институте импульсные акустические микроскопы разных поколений неоднократно представлялись на международных и всероссийских выставках, имеют 6 золотых медалей и дипломов различного уровня.

6. Впервые в мире в Институте расшифрована структура сверхтвердых материалов из трехмернополимеризованных фуллеренов С60 и предложен механизм появления в них магнетизма за счет образования дефектов; рассмотрены структура, свойства и механизмы образования углеродных Y- и T-нанотруб. На стыке квантовой химии, материаловедения и медицины в Институте развивается новое перспективное направление: создание лекарственных препаратов нового поколения на основе комплексов с фуллеренами.

7. В области разработки накопителей электрической энергии гибридного характера -суперконденсаторов нового поколения создана технология производства графена для электродов суперконденсатора и получен уникальный материал, сочетающий ионную и электронную проводимость на основе наночастиц с поверхностью, модифицированной функциональным полимером.

8. В области фундаментальных исследований солнечных фотопреобразователей ИБХФ РАН является одним из мировых лидеров по созданию новых типов металлоксидных солнечных элементов (МО СЭ). Созданы МО СЭ на основе допированных ниобием мезоскопических слоев диоксида титана, в которых зафиксированы рекордные для данного типа СЭ эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую (около 12%). Разработан и изготовлен демонстрационный прототип солнечной панели тандемного типа размером 60х80 см. Стенд солнечных панелей различного типа мощностью 2100 Вт установлен на открытом воздухе на крыше здания ИБХФ РАН. Изготовлена и подключена автоматизированная метрологическая система, которая позволяет в реальном времени проводить запись выходных параметров установленных солнечных панелей. Демонстрационный стенд солнечных панелей на основе тонкопленочных халькопиритных элементов (CIGS) мощностью 300 Вт установлен на АЗЦ ОАО «НК «РОСНЕФТЬ» в г. Сочи. Проведенные технико-экономические расчеты показали, что к 2016 году себестоимость производства солнечных панелей на основе МО СЭ будет в несколько раз ниже себестоимости для конкурирующих технологий производства СЭ на основе кристаллического кремния и тонкопленочных технологий.

9. В Институте создан Центр масс-спектрометрии Российской академии наук -  уникальный химико-физический комплекс, оснащенный самой современной масс-спектрометрической техникой и способный решать задачи геномики, протеомики, создания принципиально новых лекарственных средств, развития систем диагностики и детекции для обеспечения химической и биологической безопасности. Для изучения биомакромолекул человека разработаны новые аналитические платформы на основе сверхточных методов масс-спектрометрии, сформирована оригинальная база данных белков и пептидов конденсатов выдыхаемого воздуха, а также тканей и биологических жидкостей дыхательных путей с указанием их возможных мутаций, посттрансляционных модификаций и диагностической значимости.

10. Разработан новый метод ферромагнитного резонанса металлсодержащих наночастиц, позволяющий по спектрам ЭПР определять размерные параметры линейных агрегатов наночастиц, исследовать адсорбцию макромолекул на поверхности магнитных наночастиц. Результаты исследований представляют большой интерес для создания магнитных наноматериалов, а также для практической медицины, использующей магнитные наночастицы в качестве носителей лекарственных препаратов.

 

11. В области развития математического и квантово-механического моделирования биопроцессов с помощью современных суперкомпьютеров разработаны комбинированные методы квантовой и молекулярной механики (КМ/ММ) для моделирования химических реакций в белках и растворах и использованием современных суперкомпьютеров. Создан новый вариант метода молекулярной динамики для расчетов конформационных превращений в белковых макромолекулах с использованием жестких фрагментов в пептидных цепях. На основе результатов компьютерных расчетов предложены механизмы реакций различных ферментов (серин-карбоксильных пептидаз, ацетилхолинэстеразы, гидролаз, нуклеаз, оксидоредуктаз), создана общедоступная электронная база данных по структурам практически значимых ферментов. Методом молекулярной динамики разработаны алгоритмы параллельных расчетов конформационных превращений в белковых макромолекулах с учетом протекания химических реакций.

12. Институту принадлежит приоритет в фундаментальных исследованиях физико-химических свойств, взаимосвязи структуры и функции антиоксидантов. Важнейшим практическим результатом этих исследований является  разработка лекарственных препаратов-антиоксидантов и создание нового научного направления – антиоксидантной фармакотерапии. В Институте разработано  и внедрено в медицинскую практику 6 лекарственных препаратов широкого спектра действия (5%-ный  и 10%-ный дибунол, эмоксипин, мексидол, мексикор, нитрозометилмочевина) для лечения заболеваний различной этиологии. В частности, мексидол показал свою высокую эффективность при лечении различных цереброваскулярных заболеваний и  внесен в Перечень лекарственных средств и изделий медицинского назначения, отпускаемых по рецептам врачей бесплатно или со скидкой в г. Москве. Цикл работ «Создание и внедрение в медицинскую практику антиоксидантных препаратов для лечения  и профилактики цереброваскулярных заболеваний» удостоен Премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники за 2002 год.

Впервые показана антиоксидантная активность индивидуальных одорантов, эфирных масел и их компонентов (эвгенол, тимол, карвакрол, ванилин, анисовый альдегид, дамаскон, линалоол, эфирные масла душицы, чабера, гвоздики и тимьяна,  лимона, имбиря, розмарина, фенхеля, лимонен, цитраль, бензальдегид, мальтол). Найдено, что некоторые из разработанных композиций эфирных масел при их систематическом применении в малых дозах обладали выраженными геропротекторными, иммуномодулирующими и противоопухолевыми свойствами.

13. Хорошо известны достижения Института в изучении механизмов и эффектов действия низкоинтенсивных физических и химических факторов в сверхмалых дозах на живые организмы и окружающую среду (ионизирующая радиация, биологически активные вещества, экотоксиканты и др.).

Закончен цикл исследований эффективности сверхмалых доз антиоксиданта фенозана. Подготовлена научно-техническая документация  для получения разрешения на проведение доклинических исследований лекарственных средств и включения Института в Перечень организаций, сертифицированных в указанной области. Получено положительное решение по данному вопросу от Федеральной службы по надзору в сфере здравоохранения и социального развития. В настоящее время разработанный в ИБХФ РАН и переданный по договору отечественной фармацевтической фирме для выведения на рынок новый отечественный противосудорожный лекарственный препарат препарат ДибуфелонÒ (Фенозан) находится на завершающем этапе III фазы клинических испытаний по оценке эффективности, безопасности и переносимости препарата Дибуфелон в качестве вспомогательной терапии у пациентов с парциальными эпилептическими приступами.

14. Значительно расширены исследования в области создания и мониторинга новых эффективных противоопухолевых препаратов и методов лечения онкологических заболеваний. В предклинических исследованиях показана высокая противоопухолевая активность препаратов новых классов соединений в противоопухолевой химиотерапии: ряда препаратов класса ферроценилимидазола, металлоорганических производных полиакриловой кислоты, препаратов цисплатин и барназа, фотосенсибилизатора бактериохлорина. Показана принципиальная возможность создания на основе производных ферроцена нового класса противоопухолевых препаратов, которые в отличие от используемых в клинической практике высокотоксичных химиотерапевтических средств сочетают в себе высокую эффективность с низкой токсичностью.

15. В области фундаментальных исследований физико-химических основ рецепции получены важные сведения о фемтосекундной динамике образования первичных продуктов фотолиза зрительного пигмента и показана возможность фотообратимой реакции родопсина и бактериородопсина в фемто- и пикосекунднй шкалах времен. Разработаны принципы создания нового поколения оптических средств и диагностикумов для офтальмологии. Разработаны и внедряются в медицинскую практику принципиально новые, не имеющие аналогов в мировой офтальмологии фотопротекторные искусственные хрусталики с естественной спектральной характеристикой и набор «Ретинант-ИФА», предназначенный для ранней иммунодиагностики тяжелых глазных болезней. Разработаны защитные светофильтрующие очки-насадки для офтальмологических больных и слабовидящих людей.

16. Значительные успехи за отчетный период достигнуты в области исследования процессов фото- и хемилюминесценции и создания сенсорных аналитических систем. Обнаружено новое явление: хемилюминесценция, создаваемая светом (ХЛСС). Впервые предложен и опробован метод фотогенерации и консервации молекулярных «хранилищ света» - лабильных энергоемких хемилюминофоров. Этот подход упрощает управление ХЛСС-системами и, соответственно, их использование при последующей разработке на их основе хемилюминесцентных аналитических методик.

Научно-практические разработки Института были представлены на всероссийских и международных выставках различного уровня(на ВВЦ, в Экспоцентре на Красной Пресне, в здании Правительства Москвы) и награждены 12-ю медалями (из них — 5 золотые) и 12 дипломами. Это - международные выставки «Здравоохранение», «Химия», Международная специализированная выставка «Мир био-технологии», «Московский международный салон инноваций и инвестиций», «Высокие технологии XXI века – ВТ XXI», Европейская научно-промышленная палата и др. Около 40 ученых Института (из них - 12 молодых ученых) удостоены грантов Президента РФ и получили Государственные стипендии в области химии, физико-химической биологии, клеточной биологии, микробиологии и физиологии растений, физиологии и фундаментальных проблем медицины. В Институте сложились научные школы академика Н.М. Эмануэля, академика А.Е. Шилова, академика М.А. Островского, чл.-корр. РАН А.А. Овчинникова, чл.-корр. РАН С.Д. Варфоломеева, д.б.н., профессора Е.Б. Бурлаковой, д.ф.-м.н., профессора Л.А. Чернозатонского. Ученые Института имеют государственные награды: медали ордена «Заслуги перед Отечеством» 1-й и 2-й степени, орден Дружбы, орден Почета; научные медали и премии Президиума РАН и Европейской академии наук, Правительства Москвы: золотая медаль им. Н.Н. Семёнова, золотая медаль им. И.М. Сеченова, медаль «Биосфера и человечество» памяти Н.В. Тимофеева-Ресовского, Ломоносовская премия, Международная премия им. В.В. Воеводского, премия Ленинского комсомола. Почетное звание «Заслуженный деятель науки Российской Федерации» присуждено 10 ученым Института. Среди сотрудников Института - 7 лауреатов Государственных премий Российской Федерации и премий Правительства Российской Федерации в области науки и техники.

В 2014 году Институт получил Диплом WRIW-2014 международного рейтинга научно-исследовательских институтов в квалификации ВВ+«good quality research perfomance».

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ИБХФ РАН ЗА 2016 ГОД

 

Мобильная акустическая сканирующая система для 3D визуализации микроструктуры в объеме материалов и изделий на глубину до 12 мм

Разработана мобильная версия прецизионной акустической сканирующей системы для 3D визуализации объемной микроструктуры на участках с размерами до 100´100 мм2. визуализация в объеме осуществляется ультракороткими импульсами фокусированного ультразвука с рабочими частотами 50, 100 и 200 МГц. Используются длиннофокусные ультразвуковые пучки с углами половинного раскрытия 110 и 80, обеспечивающие глубину визуализации до 12 мм с разрешением, латеральным и по глубине, в диапазоне от 100 до 10 мкм в зависимости от используемой рабочей частоты зондирующего ультразвука и акустических свойств исследуемого образца. Акустическая система может устанавливаться на специально разработанный конструктив и использоваться в качестве исследовательского акустического микроскопа. либо может закрепляться на позиционирующем устройстве и применяться в качестве средства оперативного неразрушающего контроля высокого разрешения, в т.ч. для наблюдения микроструктурных изменений при механическом нагружении и других типах внешнего воздействия на исследуемый образец.

Создан специально разработанный конструктив акустического микроскопа для его совмещения с малой нагрузочной машиной и создания испытательного стенда, предназначенного для изучения микроструктурных изменений в материалах под действием растягивающих и сжимающих нагрузок. В следующем году предполагается закончить разработку испытательной мини машины и создать уникальный испытательный стенд для наблюдения in situ микроструктурных изменений в объеме испытуемых образцов, приводящих к их необратимому деформированию и разрушению.

Разработка мобильной версии акустической сканирующей системы закончена, ее прототип изготовлен, установлен на конструктиве и готов к практическому использованию в виде исследовательского акустического микроскопа. Разработанная акустическая сканирующая система, как сама по себе, так и в виде исследовательского акустического микроскопа в сочетании с разработанным конструктивом, является патентноспособной.

Аннотация.

Разработана мобильная акустическая сканирующая система для 3D визуализации микроструктуры в объеме материалов и изделий на глубину до 12 мм. Основана на использовании ультракоротких импульсов фокусированного ультразвука в частотном диапазоне 50-200 МГц, и обеспечивает пространственное разрешение 10-100 μм. Разработанная система может использоваться как в виде лабораторного исследовательского микроскопа, так и независимо, в виде мобильного устройства неразрушающего контроля высокого разрешения.

(В.М. Левин, Е.С. Мороков, Ю.С. Петронюк, С.А. Титов (ИБХФ РАН). Разработка выполнена в рамках гранта РНФ 15-12-00057 "Разработка методов и средств акустической микроскопии для экспертной диагностики дефектов, микроструктуры и физико-механических свойств углепластиков и конструкций из них, в т.ч. элементов летательных аппаратов".)

 

Создан сепарирующий элемент для высокоградиентной магнитной сепарации наночастиц.

Металлизированная трековая мембран с ферромагнитным покрытием сравнимым по толщине с размером пор предложена в качестве сепарирующего элемента для высокоградиентной магнитной сепарации наночастиц. В области поры формируется высокоградиентное магнитное поле, способное задерживать на поверхности мембраны частицы, имеющие более высокую магнитную проницаемость, чем окружающая среда. Ферромагнитную трековую мембрану с размером пор 3 мкм покрывали слоем сплава пермаллой (Fe20Ni80) толщиной 1 и 2 мкм. Теоретически и экспериментально показана возможность разделения суперпарамагнитных наночастиц на ферромагнитных трековых мембранах по магнитным свойствам и размерам. Гидрозоль магнетита со средним размером наночастиц 50 нм, был разделен ферромагнитной трековой мембраной на две фракции с размерами частиц 30-35 нм и 65 нм на ФТМ с 3 мкм порами. Теоретически и экспериментально доказано преимущество использования ферромагнитных трековых мембран покрытых более толстыми слоями ферромагнитных материалов для более эффективной сепарации магнитных частиц.

 

 

Оригинальный метод получения экологически-безопасных экореактопластов из окисленной кислородом биомассы (патент № 2425069)

В рамках проекта «Жидкофазная каталитическая конверсия биомассы с целью синтеза экореактопластов («жидкого дерева») и композиционных экоматериалов нового поколения»  в 2016 году в ИБХФ РАН с использованием оригинального метода получения экологически-безопасных экореактопластов из окисленной кислородом биомассы (патент № 2425069) были синтезированы нетоксичные и трудногорючие образцы продуктов жидкофазного окисления биомассы, а также изучены кинетические особенности их отверждения (поликонденсации), которые позволяют регулировать скорость данного процесса.  Полученные экореактопласты могут с успехом заменить токсичные и легкогорючие синтетические эпоксидные, фенолформальдегидные и карбамидоформальдегидные смолы, применяющиеся в качестве связующих для изготовления композиционных материалов, армированных стекловолокном, углеродными волокнами и т.д. Были выбраны оптимальные условия процесса каталитического окисления кислородом отходов биомассы. Из полученных жидких продуктов изготовлены образцы твердых экоматериалов путем сушки при 80оС, с последующим прессованием при температуре 140оС и давлении 80-100 кгс/см2.

(ИБХФ РАН Варфоломеев С.Д., Сахаров П.А., Хватов А.В., Ломакин С.М.)

 

Улучшение эксплуатационных свойств диеновых эластомеров.

Резины на основе полярных каучуков (бутадиен-нитрильных, хлоропреновых, фторкаучуков) относящихся к классу маслобензостойких, широко используют в промышленности для перекачивания неполярных жидкостей (бензины, керосин, нефть, минеральные масла), для изготовления разнообразных резинотехнических изделий.  Различие в микро- и надмолекулярной структуре статистических и блочных сополимеров различной полярности влияет на распределение компонентов сшивающих систем, химических сшивок, других низкомолекулярных веществ и их экстракцию растворителями и, таким образом, на исходные и конечные свойства резин. Вследствие этого исследование природы центров сорбции низкомолекулярных соединений  в эластомерах представляет не только научный, но и практический интерес. Существенным недостатком диеновых эластомеров (БНК) является низкая озоностойкость, приводящая к потере эксплуатационных свойств. Для повышения стойкости к действию озона БНК смешивают с насыщенными полимерами. Условием эффективной защиты является интенсивное межфазное взаимодействие, повышение плотности и объема межфазного слоя,  формирование которого также происходит с участием дефектных структур БНК.

Готово к практическому использованию.  (ИБХФ РАН.  Ливанова Н.М., Попов А.А., базовое бюджетное финансирование).

 

Контроль качество регенерата, получаемого при измельчении покрышек грузовых автомобилей. Еще в 2000 году общий вес изношенных, но не переработанных шин достиг только в России 1,0 млн. тонн, что является громадной экологической проблемой. В настоящее время утверждена Госпрограмма по утилизации покрышек грузовых автомобилей, в том числе карьерных грузовиков, с применением взрывоциркуляционного способа измельчения. Поэтому возникнет необходимость оценки качества резиновой крошки регенерата, получаемого при измельчении покрышек различного типа. Системный подход, ранее использованный при исследовании свойств резиновой крошки регенерата, полученного с применением взрывоциркуляционного измельчения покрышек легковых автомобилей, позволит объективно контролировать качество регенерата, получаемого при измельчении покрышек всех других типов. В любое время может быть заключен договор между ИБХФ РАН и соответствующими организациями на проведение комплексных исследований регенерата. Патентная защита не может быть осуществлена.

Базовое бюджетное финансирование.

Аннотация. Предложен системный подход для объективного контроля качество регенерата, получаемого при измельчении покрышек грузовых автомобилей, в том числе карьерных грузовиков, с применением взрывоциркуляционного способа измельчения. Работа может быть проведена по договору между ИБХФ РАН и соответствующими организациями. Мисин В.М. (ИБХФ РАН).

 

 УФ - спектроскопический экспресс-метод производственного контроля продукции при производстве растительных экстрактов. УФ - спектроскопический экспресс-метод предназначен для входного контроля и оценки качества растительного сырья, динамического контроля процесса экстракции и выходного контроля и стандартизации экстрактов лекарственных растений. Метод основан на уникальности формы спектральной кривой для каждого вида экстракта и на высокой корреляции интенсивности максимумов в спектре с массой содержащихся в нем веществ. Это позволяет оценивать подлинность и качество сырья, полноту экстракции, производить подбор режимов экстракции и вид экстрагента, проверять соответствие концентрации экстрактивных веществ в готовом продукте техническим условиям. Применявшиеся ранее в производственной практике в этих целях методы были либо менее информативны и более продолжительны в исполнении (определение массы сухого остатка), либо дорогостоящи и требовательны к квалификации персонала (хроматография). Внедрение данного метода позволит российским предприятиям производить экстракты растений более высокого качества и конкурентоспособности. Степень готовности к практическому использованию: необходимо подготовить нормативную документацию, а также патентную документацию.

Аннотация. Разработанный УФ - спектроскопический экспресс-метод входного контроля и оценки качества растительного сырья, динамического контроля процесса экстракции и выходного контроля и стандартизации продукции будет предложен для реализации в ООО «ЗАВОД ЭНДОКРИННЫХ ФЕРМЕНТОВ». Мисин В.М., Волков В.А. (ИБХФ РАН).

 

Разработка экспериментального образца мобильного «фликкер-фотометра» для диагностических неинвазивных измерений оптической плотности желтого пятна сетчатки глаза.

Общей целью проекта является создание офтальмологического диагностического прибора «фликкер-фотометра» для прижизненных измерений оптической плотности желтого пятна. В 2016 году осуществлен окончательный выбор инженерного дизайна оптического узла «фликкер- фотометра». Изготовлено и откалибровано действующее мобильное устройство, позволяющее неинвазивно оценивать оптическую плотность желтого пятна с целью прогнозирования индивидуальной эффективности зрения.  Получен положительный отзыв Главного офтальмолога Центрального региона РФ и Московской области. Проведен анализ возможных областей применения данного устройства, показавший, что наиболее рациональным является его использование для  массового тестирования профессиональных зрительных функций молодых здоровых людей. (академик М.А. Островский, П.П. Зак)

Закончена работа НИР по созданию экспериментального образца диагностического офтальмологического устройства «Мобильный фликкер-фотометр» для прижизненных измерений индивидуальной оптической плотности желтого пятна. Прибор позволяет производить диагностику и профессиональный отбор молодежи с высоким уровнем зрительных функций. В отличие от стационарных зарубежных аналогов прибор является мобильным устройством карманного формата, необходимого для массовых выездных обследований. После дальнейшего прохождения стадии ОКР прибор может быть доведен до промышленного производства. Ведется работа по подготовке патентной заявки. Работа выполнена в рамках Программы Президиума РАН «Фундаментальные исследования для разработки биомедицинских технологий» 2014-16 г.г. Аннотация: Мобильный фликкер-фотометр для прижизненных исследований оптической плотности желтого пятна для профессионального отбора лиц молодого возраста с высокими зрительными функциями, Зак П.П., Островский М.А., Трофимова Н.Н., Ларичев А.В. (ИБХФ РАН, Физфак МГУ им. Ломоносова).

 

Разработка ЭВМ-программы для обработки компьютерных изображений глазного дна.

Разработана и подана в ФИПС на регистрацию ЭВМ-программа для обработки компьютерных изображений глазного дна, регистрируемых с помощью оптико-когеррентной томографии. Программа не имеет аналогов и позволяет производить количественную обработку сосудистой оболочки сетчатки, необходимую для тонкой диагностики глазных заболеваний. Программа уже используется в обработке архива компьютерных данных пациентов МОНИКИ им. Владимирского. Программа разработана с привлечением финансирования грантов РФФИ №15-29-03865 и № 14-04-01072  Аннотация: «ЭВМ-программа для обработки оптико-когеррентных изображений сосудистой оболочки глаза для диагностики глазных заболеваний», Рябцева А.А., Зак П.П., Погодина Л.С., Сигаева А.О., Андрюхина О.М., (МОНИКИ им. Владимирского, ИБХФ РАН).

 

Создана компьютерная модель для прогноза риска возникновения неблагоприятных исходов в первые полгода после госпитализации больного в состоянии коронарного синдрома.

Для прогноза риска возникновения неблагоприятных исходов в первые полгода после госпитализации больного в состоянии коронарного синдрома создана компьютерная модель с помощью методов машинного обучения и оптимальных достоверных разбиений. Неблагоприятный исход в модели есть наступление любого сердечно-сосудистого события: фатальный/нефатальный инфаркт миокарда, фатальный/нефатальный инсульт, нестабильная стенокардия, атеросклероз. На основе построенной модели разработан первый вариант программы-калькулятора для автоматизированного расчета вероятности наступления неблагоприятного исхода. Использование подобного калькулятора на практике поможет врачам в оптимизации курсов терапии больных.  Реализован пилотный вариант компьютерной программы для расчета риска неблагоприятного исхода в первые полгода после перенесенного обострения ишемической болезни сердца.

(ФБГУ ИБХФ РАН) Кузнецова А.В. (Вычислительный Центр РАН им. А.А.Дородницына)

О.В. Сенько

 

Методика неинвазивного определения внутриклеточных концентраций гамма-аминомасляной кислоты и глутамата в локальных структурах мозга человека. Разработана методика прижизненного неинвазивного определения внутриклеточных концентраций гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и глутамата в локальных структурах мозга человека  методом 1Н - МРС. Данный критерий является объективным и необходим для клинической диагностики и прогноза, а также для понимания, как химические процессы обеспечивают функцию мозга, и что происходит, когда функция нарушается. В протонных спектрах, снятых в низких постоянных магнитных полях на коммерческих медицинских томографах, все сигналы протонов ГАМК перекрыты сигналами других метаболитов. Для разделения подобных сигналов используют следующее: ГАМК имеет спин-спиновое взаимодейстаие, а креатин (перекрывающий сигнал) – нет, и, облучая систему специально подобранным селективным радочастотным импульсом, получают отклик протонов при аминогруппе ГАМК в виде j - модуляции. По разнице сигналов основного спектра и спектра с селективным импульсом определяют только ГАМК и глутамат, с последующим разделением полученных концентраций между разным типам ткани мозга. Аналогов данной методике нет.

Аннотация: Разработана методика прижизненного неинвазивного определения внутриклеточных концентраций гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и глутамата в локальных структурах мозга человека  методом 1Н - МРС. Этот объективный критерий для клинической диагностики и прогноза выявлен впервые. Аналогов этой методики нет.

(ИБХФ им. Н.М. Эменуэля, Семенова Н.А., бюджетное финансирование)

 

Иммобилизованные катализаторы для метаногенеза.

Разработан оригинальный способ получения биогаза с повышенным содержанием метана и увеличением уровня конверсии исходного сырья в целевой продукт за счет иммобилизации природного анаэробного микробного консорциума в концентрированном виде в матрицу криогеля поливинилового спирта и одновременного комбинирования этих биокатализаторов метаногенеза с новыми иммобилизованными биокатализаторами на основе клеток различных бактерий и дрожжей (Clostridium acetobutylicum, Pseudomonas sp., Enterococcus faecalis, Pachysolen tannophilus), синтезирующих в анаэробных условиях гидролитические ферменты, повышающие уровень гидролиза присутствующих в исходном сырье биополимеров и конверсии промежуточных метаболитов в конечный продукт - биогаз. Введение в реактор таких биокатализаторов (10% от вводимой загрузки реактора) позволило увеличить эффективность метаногенеза более чем в 2 раза, а долю метана в смеси газов повысить на 20-23%. Оригинальный подход, разработанный на основе применения и комбинирования новых биокатализаторов, подлежит патентованию.

Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Сенько О.В. Гладченко М.А., Гайдамака С.Н. (ИБХФ РАН)

Аннотация: При использовании в качестве субстрата целлюлозосодержащих отходов была продемонстрирована эффективность принципиального подхода к интенсификации процесса метаногенеза, заключающегося в одновременном введении в реактор иммобилизованного анаэробного ила и биокатализаторов в виде иммобилизованных бактериальных клеток, способных интенсифицировать метаногез. (Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Сенько О.В. Гладченко М.А., Гайдамака С.Н. ИБХФ РАН)

 

Разработаны методики изучения влияния синтетических антиагрегационных средств (или нестероидных пртивовоспалительных препаратов) на образование субпопуляции активированных тромбоцитов.

Отработаны методики изучения влияния синтетических антиагрегационных средств (или нестероидных пртивовоспалительных препаратов) на образование субпопуляции активированных тромбоцитов при активации тромбоцитов тромбином и коллагеноподобным пептидом при помощи метода проточной цитометрии. Данные исследования помогут понять механизм действия тестируемых веществ и их возможное влияние на плазменное звено гемостаза, что очень важно для изучения возможных побочных эффектов новых синтетических антиагрегантов. На примере серии соединений класса 5-замещенных 3-пиридилизоксазолов, являющихся антагонистами рецептора тромбоксана А2, но не являющихся прямыми ингибиторами тромбина и антагонистами рецепторов тромбина и коллагена, показано, что все вещества подавляют образование прокоагулянтной субпопуляции тромбоцитов человека на 20-40% при активации тромбоцитов тромбином, и на 20-50% - при активации тромбоцитов коллагеноподобным пептидом. Это еще раз подтверждает механизм действия наших соединений, так как подобное явление можно объяснить только синергизмом сигнальных путей тромбина и тромбоксана А2.

Аннотация: Отработаны методики изучения влияния синтетических антиагрегационных средств (или нестероидных пртивовоспалительных препаратов) на образование субпопуляции активированных тромбоцитов при помощи метода проточной цитометрии, при активации тромбоцитов тромбином или коллагеноподобным пептидом. Данное тестирование поможет понять механизм действия веществ и их возможное влияние на плазменное звено гемостаза.

Аннотация 1: На основе проведенных исследований предложена серия из 3-5 соединений класса 5-замещенных 3-(3-пиридил)изоксазолов на доклинические исследования. Данные вещества являются антагонистами рецептора тромбоксана А2, не являясь при этом антагонистами рецептороа тромбина, фактора активации тромбоцитов, коллагена, адреналина и АДФ. (Демина О.В., Беликов Н.Е., Ходонов А.А. (ИБХФ РАН), Котова Я.Н. и Подоплелова Н.А. (ФНКЦ ДГОИ им. Д. Рогачева)

 

Изучение влияния низкоинтенсивных факторов внешней среды на психофизиологические показатели человека.

Разработанная комплексная программа мониторирования психофизиологических показателей позволяет объективно оценить влияние любых факторов внешней среды (в том числе электромагнитного излучения мобильных телефонов (МТ) при их длительном использовании) на психофизическое здоровье детей. Результаты длительных наблюдений позволили выявить тенденцию увеличения числа учащихся-пользователей мобильной связью с низкими показателями когнитивных процессов (снижение показателей смысловой памяти, в частности, снижение точности выполнения задания с одновременным увеличением времени его выполнения; мышления). Данные разработки могут быть применены в любом образовательном учреждении для мониторирования психофизического здоровья детей и подростков. Проводимые исследования не имеют аналогов, как в России, так и за рубежом. Работа выполнялась  Договора о научном сотрудничестве между ИБХФ РАН и администрацией Лицея № 17 Городского округа Химки Московской области.

Проведен анализ причин низкой воспроизводимости результатов влияния космофизических факторов на центральную нервную систему человека с помощью психофизиологических показателей: были проанализированы накопленные данные психофизиологических показателей 589 респондентов в возрасте 18 – 58 лет из 47 городов мира (основная часть - Россия и Украина); длительность ежедневных измерений - от 2-3 недель до 3,5 лет (в обработке результатов использовался метод наложения эпох; непараметрический критерий Вилкоксона для связанных и независимых выборок). Установлено, что при анализе изменения психофизиологического показателя должна учитываться частота следования самого геофизического события. Регистрация "опережающих реакций" относительно реперных дат геомагнитных возмущений (ГМВ) может быть связана как с другими геофизическими событиями, так и развитием самого события ГМВ во времени. В рамках  Договора о научном сотрудничестве между ИБХФ РАН и Лицеем № 17 г.о. Химки продолжается мониторинг психофизиологических показателей детей -пользователей мобильной связью -  учащихся 1-6 классов Лицея 17 городского округа Химки. Показано, что при уменьшении времени пользования у учащихся отмечены тенденции к улучшению психофизиологических показателей, в частности, внимания и памяти.

(Хорсева Н.И. (ИБХФ РАН), Марахова В.А. (Лицей № 17), Григорьев Ю.Г. (д.м.н., профессор, Президент РНКЗНИ, член консультативного Комитета ВОЗ по Международной программе «ЭМП и здоровье населения»)

 

Аннотация: Разработана комплексная программа мониторирования психофизиологических показателей детей и взрослых, позволяющая объективно оценить влияние любых факторов внешней среды на психофизическое здоровье детей. Данная программа может быть применена в любом образовательном учреждении для мониторирования психофизического здоровья детей и подростков.

 

Яндекс.Метрика