Институт физики НАН Украины – место, где рождаются кристаллы (и не только)

photo 001Это здание похоже на советский санаторий: уютные корпуса, парк с фонтаном и наглыми рыжими белками, светлый забор, скамеечки… По словам сотрудника Института физики НАНУ Антона Сененко, который сегодня проводит экскурсию для Science-UA, такое впечатление институт и должен был производить на вражеского шпиона во времена СССР. Дело в том, что в те годы в Институте физики проводились сверхсекретные исследования, а специально обученные агенты КГБ в пижамах и тапочках бродили по институтскому парку, вводя в заблуждение иностранных шпионов, прибывших в СССР выведывать военные тайны.

Сегодня же фокус исследований в Институте физики немного сместился. Однако те работы, которые в настоящее время здесь ведутся, представляют для науки и общества не меньший интерес.

spectroscopyПервая лаборатория, которую мы посещаем, называется International Surface Enhanced Spectroscopy Laboratory (Международная лаборатория поверхностно-усиленной спектроскопии). Здесь физики в рамках международного проекта Nanotwinning совместно с коллегами из Украины и Европы исследуют различные объекты с помощью методов спектроскопии. Спектроскопия – это подход, позволяющий определить состав исследуемого вещества по его спектру, который вещество излучает при облучении его светом с определённой длиной волны. В отличие от других методов, которые определяют преимущественно атомарный состав, с помощью спектроскопии можно выявить функциональные группы в молекулах, по изменениям спектра которых можно сделать выводы о том, как они взаимодействуют. Это очень важно для анализа новых композитных материалов, для определения взаимодействия различных белковых молекул (например, часто определяют взаимодействие какого-нибудь рецептора с его лигандом), для анализа поведения компонентов в смеси разных веществ и т.д. Институт физики выделил для этой лаборатории несколько помещений, которые находились в довольно плачевном состоянии. Сейчас же их не узнать – они превратились в современные лабораторные комнаты со всем необходимым оборудованием.

photo 005После лаборатории поверхностно-усиленной спектроскопии мы перемещаемся в центральный корпус Института физики. К юбилею института главный холл корпуса полностью обновили. Интересно, что роспись на куполе делалась с помощью горячего воска (в среде художников этот метод называется энкаустикой). Жидкий воск подавался в специальные кисти, которые были разработаны в этом же институте и снабжены датчиками контроля температуры воска. Фигуры изображают не святых, как может показаться с первого взгляда, а известных физиков и математиков, внесших немалый вклад в мировую науку.

Пройдя по коридору, мы попадаем в лабораторию молекулярной фотоэлектроники. Встречает нас скромный парень – младший научный сотрудник отдела Тарас Турив.

- А вот перед нами человек, опубликовавший статью в «Science», – провозглашает Антон Сененко.

Для людей, далёких от науки, сделаем небольшую ремарку. «Science» – это один из тройки самых авторитетных научных журналов мира. Для учёного опубликовать статью в этом журнале – всё равно, что для музыканта получить премию Грэмми, для актёра – золотую статуэтку «Оскара», для журналиста – Пулитцеровскую премию и т.д. «Science» не публикует обычные статьи, будь они трижды идеальными с точки зрения выполнения экспериментов. Чтобы работа была опубликована в этом журнале, она должна быть уникальной, выделяться из сотен других.

Отдел, где работает Тарас, активно сотрудничает с Институтом жидких кристаллов в городе Кент, США. Тарас провёл в этом институте в общей сумме около трёх лет, совместно с американскими коллегами изучая броуновское движение частичек в нематических жидких кристаллах. И работа увенчалась успехом – коллектив авторов открыл и подробно описал нелинейность данного броуновского движения и прочие его характеристики. photo 006Сейчас в лаборатории молекулярной фотоэлектроники продолжаются исследования в этом направлении, а также в другом, посвящённом электрофоретическому движению частичек в холестерических жидких кристаллах. В эксперименте используется микроскоп, собственно жидкие кристаллы, наночастички (сферические стеклянные частички размером около 10-20 мкм) и скоростная фотокамера, которая фиксирует изменение положения частички. Учёные открыли интересный эффект, заключающийся в том, что частичка под воздействием внешнего электрического поля закручивается вокруг своей оси и может направленно двигаться в толще жидкого кристалла. Этот эффект, теоретически, можно будет использовать для улучшения проникновения наночастичек сквозь мембрану живой клетки, но пока до такого использования далеко, а все эксперименты, которые сейчас проводятся, направлены на изучение фундаментальных физических принципов.

Раз уж речь зашла о кристаллах, то нельзя не упомянуть о старейшем отделе института – отделе физики кристаллов. В конце 80-х годов исследователи из этого отдела решили обратить своё внимание на стремительно развивавшееся в то время направление – физику жидких кристаллов. Как раз тогда в мире началось массовое производство LCD-экранов, и фирмам-производителям требовались свежие научные идеи. Учёные из отдела физики кристаллов сотрудничали с такими гигантами мира электроники, как Samsung и LG, и даже разработали для них методику ориентации жидких кристаллов в дисплеях, что позволило существенно улучшить многие их характеристики.

Сейчас тематика исследований в отделе постепенно смещается в сторону нанофизики жидкокристаллических структур.

Институт физики, как уже было сказано, состоит из многих корпусов. Выйдя из главного корпуса, мы заторопились в лабораторию отдела физической электроники. Во всех корпусах института идёт вялотекущий ремонт, поэтому наш провожатый попросил не удивляться тому, что мы увидим. Однако вид коридора, разрисованного яркими психоделическими красками, всё же немного поразил воображение.

photo 010В отделе физической электроники на сегодняшний день действует группа сканирующей зондовой микроскопии. Это коллектив специалистов, работающих с двумя микроскопами – атомным силовым и сканирующим туннельным. Принципы работы обоих микроскопов похожи: в отличие от обычных световых микроскопов эти имеют специальное острие, которое, приближаясь к объекту, закрепленному на подложке, сканирует всю его область. После этого данные обрабатываются, и результатом является картинка, показывающая атомную структуру исследуемого объекта. Эксплуатация атомно-силового и туннельного микроскопов – дело не из дешёвых. Так, в западных лабораториях используют специальные одноразовые подложки для образцов; нашим же ученым, чтобы сэкономить средства, приходится одну такую подложку разрезать на девять частей. Кроме того, само острие микроскопа является сменным; если неправильно рассчитать расстояние до объекта, то острие может сломаться. К сожалению, государство не выделяет деньги на расходные материалы, поэтому исследователям приходится искать выходы из ситуации (в частности, сотрудничать с зарубежными лабораториями). Однако это не мешает ученым получать интересные результаты. Так, недавно они с помощью сканирующей туннельной микроскопии в жидкости смогли увидеть структуру органических молекул, и сейчас активно работают в этом направлении на уровне мировых лабораторий.photo 012

Однако за окном давно стемнело, и Science-UA пора покидать гостеприимный институт. По дороге домой разные мысли роятся в голове, и самая главная из них – «Как же здорово, что в Украине есть исследователи такого уровня и настоящие энтузиасты своего дела!» Конечно, это прекрасно. Однако даже самым бескорыстным энтузиастам необходимо финансирование (хотя бы чтобы иметь возможность купить расходные материалы для исследований). Уже много лет государство почти не выделяет денег на реактивы и оборудование, только на зарплаты. И если власть имущие не одумаются и не начнут финансировать фундаментальные и прикладные исследования в Украине, то в скором времени мы обнаружим, что от некогда великих открытий и новых разработок ничего не осталось.

коментарів: 7

  • Николай

    после армии волонтёрам нужно приниматься за Науку!

  • Tamara

    Желаем сотрудникам продолжения сотрудничества с финансово обеспечеными странами и статей в Science

  • Атомік-форс-мікроском – це нереальна сила!!! Якщо його там регулярно експлуатують, то інститут дійсно серйозний. Дуже вам дякую за екскурсію :) !!!

    Мене завжди непокоїло питання чи можна розробити підхід, який би дозволив використовувати цей метод з метою секвенування ДНК високої пропускної здатності.?. У разі успіху, це дозволило б отримувати значно довші “ріди” (ділянки прочитування) і до “непристойності” спростити подальшу пост-обробку даних і збірку контігів – власне – це б у підсумку вирішило б основну проблему сучасних методів секвенування ДНК (які ще за інерцією чомусь досі називаються “наступного покоління” – “next generation”)

    • Anna

      Мені здається, це складнувато. По-перше, я не уявляю, як так розмістити ДНКу на підложці, щоб вона не була скрученою. Хоча, може, з маленькими плазмідами це б і працювало… А ще, як на мене, то це досить дорого виходило б – дорожче, ніж те, що є зараз.

      • Нє… то я й не стверджую, що це “як два пальці…”, як то кажуть. Але за певного рівня інвестицій, будь-яка технологічна проблема із часом може бути вирішена, якщо вона є принципово здійсненною, звичайно. Просто, справа в тому, що ця проблема – мультидисциплінарна. Тобто вона передбачає ситуацію, коли одна і та сама думка (“а чи не спробувати секвенснути ДНК AMFом?”) повинна одночасно прийде до голови двом професіоналам із абсолютно не пов’язаних галузей. І що характерно, обидва мають бути однаково схиблені на цій ідеї. Тому ймовірність такої події – мізерна. Проте, якщо, все-таки це станеться, то й ДНК придумають як розплутати і зафіксувати (очевидно за допомогою якої-небудь чудернацької ковалентної модифікації дезоксирибози/фосфатів і спеціальної полімерної підкладки) і знайдуть як технологію здешевити. Бо є такі послідовності (висококопійні, GC-багаті etc.), які просто NGS не секвенуються. А потім (продовжуємо спекуляції на тему) може ще виявиться, що NGS множив казна-які артефакти і всі стануть в один голос волати: “де наш AMF- чи там якийсь IonTorrent-секвенатор із подовженими рідами!!?” Буде попит – з’явиться і пропозиція. Інженери завжди знають як заробити на потребах науковців))

  • Храм науки, воистинну. Радуют тикие интерьеры в институтах меня.

  • Антон

    Если Вас интересует ДНК в АФМ, то, насколько я понимаю, это возможно. По крайней мере, могу свести со сведущим человеком.
    Обратитесь senenkoanton@gmail.com.

Leave a Reply to Николай Cancel reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *