КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

НазваниеКогерентная лазерная спектроскопия низкочастотных резонансов в водных суспензиях наночастиц

РуководительБункин Алексей Федорович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, г Москва

КонкурсКонкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Аннотация
Цель предлагаемого проекта состоит разработке новых биомедицинских технологий на основе воздействия когерентного лазерного излучения на биологические макромолекулы и вирусы в жидких суспензиях. С этой целью необходимо получение новой, ранее недоступной информацию о физике взаимодействия диэлектрических наночастиц различной природы (в том числе вирусов) с молекулами воды и водными кластерами в жидкой фазе. В этом состоит научная новизна предлагаемого проекта. Для решения поставленной задачи при помощи спектроскопии четырехволнового смешения лазерных волн в диапазоне частотных отстроек 1 МГц – 30 ГГц будут получены спектры низкочастотных резонансов комбинационно-активных колебаний наночастиц в жидких суспензиях. Параллельно в этих же средах будут проведены эксперименты по вынужденному рассеянию Мандельштама-Бриллюэна и низкочастотного комбинационного рассеяния для количественного сравнения спектров рассеяния. Полученные спектры существенно зависят от характера взаимодействия молекул воды с биологическими макромолекулами и наночастицами при гидратации. Это позволяет разработать новые физические модели взаимодействия лазерного излучения с биологическими макромолекулами и вирусами в жидкости. Последнее обстоятельство открывает новые возможности использования лазерного излучения в биомедицинских технологиях, в том числе с помощью селективного воздействия на наноразмерные вирусные частицы.

Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта ожидается получение новой информации о влиянии взаимодействия белковой оболочки вируса с молекулами воды на его механические свойства, что может быть использовано для разработки новых биомедицинских технологий.

Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Впервые рассчитаны и последовательно измерены в одинаковых условиях и геометрии эксперимента спектры вынужденного низкочастотного рассеяния (ВНР) в суспензии двух морфологически близких вирусов мозаики альтернантеры (ВМАльт) и x-вируса картофеля (ХВК). В спектрах ВНР зафиксированы значимые (сотни МГц) различия, позволяющие их идентифицировать, а также воздействовать на резонансных частотах с целью подавления их активности. Проведенные эксперименты показали, что вынужденное низкочастотное рассеяние позволяет эффективно исследовать спектры собственных частот наночастиц вирусов при их малых концентрациях в трис-суспензиях, т.е. в нативной среде. Из измерений следует, что два морфологически подобных типа вируса могут иметь в своей структуре субмолекулярные функциональные группы как со сходными, так и с различными механическими и геометрическими свойствами, основные собственные моды акустических колебаний которых лежат в диапазоне ~1-60 ГГц. Экспериментальный метод, использованный в работе, позволяют обнаружить эти частоты в спектрах ВНР. Данный подход можно считать перспективным дополнением к уже известным методам в общей и прикладной вирусологии. В отдельной серии экспериментов впервые получены спектры вынужденного низкочастотного рассеяния в жидкой микродисперсной среде, моделирующей реальный биологический объект. Обнаружено, что вид спектра вынужденного рассеяния существенно зависит от концентрации полых микросфер, при этом добротность наблюдаемых акустических мод достигает величины Q~300. Решение обратной спектральной задачи является предметом дальнейших исследований. https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.105.043513 https://crossmark.crossref.org/dialog/?doi=10.1134/S002136402210037X https://en.x-mol.com/paper/article/1585776478530310144 https://www.scilit.net/journal/2461409

Публикации

1. - Stimulated Raman Scattering in Aqueous Alternanthera Mosaic Virus and Potato Virus X Suspensions in the Frequency Range of 20–60 GHz -, - (год публикации - ).

2. Бункин А.Ф., Давыдов М.А., Федоров А.Н., Уваров О.В. Stimulated Scattering of Laser Radiation in an Aqueous Suspension of Glass Microspheres JETP Letters, 9 116 606-609 (год публикации - 2022).

3. Бункин А.Ф., Федоров А.Н., Давыдов М.А. Архипенко М.В., Никитин Н.А. Stimulated Raman Scattering in Aqueous Alternanthera Mosaic Virus and Potato Virus X Suspensions in the Frequency Range of 20–60 GHz Physics of Wave Phenomena, 30 5 351–354 (год публикации - 2022).