21.12.2022 (13:00) Семинар ИОФ РАН "Актуальная физика", № 3

(1) Институт общей физики им А.М. Прохорова РАН, Москва
(2) Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва

Экспрессный высокочувствительный метод измерения концентрации охратоксина А в продуктах питания с помощью иммунохроматографического анализа на основе магнитных биометок

Презентация доклада.

На конкурс представлена статья:
Orlov A.V., Malkerov Ju.A., Novichikhin D.O., Znoyko S.L., Nikitin P.I. Express high-sensitive detection of ochratoxin A in food by a lateral flow immunoassay based on magnetic biolabels. Food Chemistry, 2022, vol. 383, #132427. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2022.132427

Аннотация
Разработан простой в использовании иммунохроматографический анализ для быстрого, точного и высокочувствительного количественного определения одного из самых опасных микотоксинов – охратоксина А (ОТА), широко распространенного в продуктах питания и сельскохозяйственной продукции. Достигнут предел обнаружения 11 пг/мл ОТА при 20-минутном времени анализа, что является рекордным значением среди быстрых аналитических систем для определения ОТА. Анализ характеризуется высокой точностью результатов как в диапазоне низких, так и высоких концентраций. Это связано с необычайно высоким значением наклона линейного калибровочного графика: в пределах динамического диапазона концентраций в 5 порядков сигнал, измеряемый путем электронного детектирования магнитных биометок с использованием их нелинейной намагниченности, меняется практически в 1000 раз. Эксперименты подтвердили высокую специфичность, повторяемость и воспроизводимость анализа, в том числе путем измерения ОТА в реальных образцах зараженной кукурузной муки. Разработанный метод является перспективным аналитическим инструментом для контроля безопасности пищевых продуктов и кормов; он может стать экспрессной, удобной и высокоточной альтернативой традиционным сложным лабораторным методам на основе жидкостной хроматографии. 

Дополнительная литература:
1. Bragina V.A., Khomyakova E., Orlov A.V., Znoyko S.L, Mochalova E.N., Paniushkina L., Shender V.O., Erbes T., Evtushenko E.G., Bagrov D.V., Lavrenova V.N., Nazarenko I., Nikitin P.I. Highly Sensitive Nanomagnetic Quantification of Extracellular Vesicles by Immunochromatographic Strips: A Tool for Liquid Biopsy. Nanomaterials, vol. 12, p. 1579 (2022) doi:10.3390/nano12091579 

2. Orlov A.V.; Malkerov J.A.; Novichikhin D.O.; Znoyko S.L.; Nikitin P.I. Multiplex Label-Free Kinetic Characterization of Antibodies for Rapid Sensitive Cardiac Troponin I Detection Based on Functionalized Magnetic Nanotags. International Journal of Molecular Sciences, vol. 23, p. 4474 (2022) doi:10.3390/ijms23094474 
3. Orlov A.V., Burenin A.G., Skirda A.M., Nikitin P.I. Kinetic Analysis of Prostate-Specific Antigen Interaction with Monoclonal Antibodies for Development of a Magnetic Immunoassay Based on Nontransparent Fiber Structures. Molecules, vol. 27, no. 22, p. 8077 (2022) doi:10.3390/molecules27228077 
4. Орлов А.В., Новичихин Д.О., Пушкарёв А.В., Малкеров Ю.А., Знойко С.Л., Гутенева Н.В., Орлова Н.Н., Горшков Б.Г., Никитин П.И. Регистрация кинетики взаимодействий молекул на основе низкокогерентной интерферометрии для разработки иммуноанализов биомаркеров сердечно-сосудистых заболеваний. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. T. 505, № 1, стр. 39-44 (2022) doi:10.31857/S2686740022040101
5. Nekrasov N., Jaric S., Kireev D., Emelianov A.V., Orlov A.V., Gadjanski I., Nikitin P.I., Akinwande D., Bobrinetskiy I. Real-time detection of ochratoxin A in wine through insight of aptamer conformation in conjunction with graphene field-effect transistor. Biosensors and Bioelectronics, vol. 200, p. 113890 (2022) doi:10.1016/j.bios.2021.113890 
6. Nekrasov N.; Kudriavtseva A.; Orlov A.V.; Gadjanski I.; Nikitin P.I.; Bobrinetskiy I.; Knežević N.Ž. One-Step Photochemical Immobilization of Aptamer on Graphene for Label- Free Detection of NT-proBNP. Biosensors, vol. 12, no. 12, p. 1071 (2022) doi:10.3390/bios12121071
7. Zelepukin I.V., Mashkovich E.A., Lipey N.A., Popov A.A., Shipunova V.O., Griaznova O.Yu., Deryabin M.S., Kurin V.V., Nikitin P.I., Kabashin A.V., Bakunov M.I., Deyev S.M., Zvyagin A.V. Direct photoacoustic measurement of silicon nanoparticle degradation promoted by a polymer coating. Chemical Engineering Journal, vol. 430, no. 2, p. 132860 (2022) doi:10.1016/j.cej.2021.132860
8. Griaznova O.Y.; Belyaev I.B.; Sogomonyan A.S.; Zelepukin I.V.; Tikhonowski G.V.; Popov A.A.; Komlev A.S.; Nikitin P.I.; Gorin D.A.; Kabashin A.V.; Deyev S.M. Laser Synthesized Core-Satellite Fe-Au Nanoparticles for Multimodal In Vivo Imaging and In Vitro Photothermal Therapy. Pharmaceutics, vol. 14, p. 994 (2022) doi:10.3390/pharmaceutics14050994
9. Mirkasymov A.B., Zelepukin I.V., Ivanov I.N., Belyaev I.B., Dzhalilova Dz.Sh., Trushina D.B., Yaremenko A.V., Ivanov V.Yu., Nikitin M.P., Nikitin P.I., Zvyagin A.V., Deyev S.M. Macrophage Blockade using Nature-Inspired Ferrihydrite for Enhanced Nanoparticle Delivery to Tumor. International Journal of Pharmaceutics, vol. 621, p. 121795 (2022) doi:10.1016/j.ijpharm.2022.121795
10. Yaremenko A.V.; Zelepukin I.V.; Ivanov I.N.; Melikov R.O.; Pechnikova N.A.; Dzhalilova D. Sh.; Mirkasymov A.B.; Bragina V.A.; Nikitin M.P.; Deyev S. M.; Nikitin P.I. Influence of Magnetic Nanoparticle Biotransformation on Contrasting Efficiency and Iron Metabolism. Journal of Nanobiotechnology. 20, #535 (2022) doi:10.1186/s12951-022-01742-w

2.
И.И. Власов (1), О.С. Кудрявцев (1), Д.Г. Пастернак (1), А.М. Ромшин (1), Р.Х. Баграмов (2), В.П. Филоненко (2), А.М. Сатанин (3), А.А. Ширяев (4), О.И. Лебедев (5), А.В. Николаев (6)
(1) Институт общей физики им. А.М Прохорова РАН, Москва
(2) Институт физики высоких давлений им. Л. Ф. Верещагина РАН, Троицк, Москва
(3) Всероссийский НИИ автоматики имени Н. Л. Духова, Москва
(4) Институт физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина, Москва
(5) Laboratoire CRISMAT, Caen, France
(6) НИИ ядерной физики имени Д. В. Скобельцына МГУ, Москва

Эффект Фано в чистом наноалмазе, терминированном водородом 

Аннотация
Чистый (нелегированный) алмаз, поверхность которого терминирована водородом (гидрогенизирована), обладает уникальным свойством: он демонстрирует высокую приповерхностную электропроводность p-типа. Нами предложен новый оптический метод детектирования свободных носителей заряда (дырок) в чистом алмазе с гидрогенизированной поверхностью, основанный на взаимодействии этого заряда с фононами алмазной решетки. Для реализации метода использовался наноалмаз размером менее 30 нм, синтезированный НРНТ методом из адамантана. В таком наноматериале доля приповерхностного проводящего слоя по отношению к общему объему алмаза значительно выше, чем в объемных алмазных кристаллах и пленках. Это позволило наблюдать деструктивную интерференцию Фано типа (узкую полосу прозрачности в  ИК поглощении) между оптическими фононами алмаза и свободными носителями заряда.  Показано, что параметры полосы прозрачности (положение и ширина) зависят от концентрации дырок в алмазе. Кроме того, узкий провал поглощения вблизи частоты  оптического фонона алмаза приводит к аномальной дисперсии света в этой области. В заключение, наша работа (1) открывает новую страницу в изучении физики резонансов Фано в нелегированных полупроводниках, (2) демонстрирует возможность оптической характеризации проводимости гидрогенизированного алмаза, (3) предлагает новую оптически активную среду с индуцируемой прозрачностью в ИК диапазоне.

3.
С.В. Демишев (1,2), А.Н. Самарин (1), М.С. Карасев (1), С.В. Григорьев (3), А.В. Семено (1)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва
(2) Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики», Москва
(3) НИЦ «Курчатовский Институт» - ПИЯФ, Гатчина, Ленинградская обл.

Спиновые флуктуации и спин-флуктуационной переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца

Презентация доклада.

На конкурс представлена статья:
С.В. Демишев, А.Н. Самарин, М.С. Карасев, С.В. Григорьев, А.В. Семено, Спиновые флуктуации и спин-флуктуационной переход в магнитоупорядоченной фазе моносилицида марганца. Письма в ЖЭТФ, 115 (11), 717-723 (2022), DOI: 10.31857/S1234567822110076

Аннотация:
В конкурсной работе монокристалл моносилицида марганца, MnSi исследован методом высокочастотного (60 ГГц) электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Использование оригинальной аппаратуры и методики обработки данных, созданных в ИОФ РАН, позволило получить наиболее подробную из известных на сегодняшний день температурную зависимость ширины линии в интервале 2 - 40 К. Установлено, что в спин-поляризованной (квазиферромагнитной) фазе МnSi, в поле B~2Тл при T_L ~15 К возникает спин-флуктуационный переход, отвечающий изменению режима магнитных  флуктуаций при температуре, существенно меньшей температуры перехода T_c ~30 K из парамагнитной (T  > T_c) в магнитоупорядоченную фазу (T < T_c). Полученные данные  позволяют говорить о том, что нами открыта новая группа магнитных явлений – спин-флуктуационные переходы в спиральных магнетиках. Спин-флуктуационные переходы ярко проявляются как резкое изменение характеристик спиновых флуктуаций, наблюдаемое методами ЭПР (конкурсная работа) и малоуглового рассеяния нейтронов (дополнительная публикация по теме). Данная группа магнитных явлений может возникать как в магнитоупорядоченных фазах, так и в фазах, где магнитный порядок отсутствует. Полученные данные указывают на ограниченность и неполноту существующих моделей, описывающих магнитные фазовые переходы, и должны послужить стимулом для дальнейшего развития теоретических представлений. 

Дополнительная литература: 

С.В.Демишев, Спин-флуктуационные переходы у MnSi по данным электронного парамагнитного резонанса и рассеяния нейтронов. Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, 47-52 (2022), DOI: 10.31857/S2686740022070033

4.
Ошурко В.Б. (1,2), Карпова О.В. (3), Давыдов М.А. (1), Федоров А.Н. (1), Бункин А.Ф. (1), Першин С.М. (1), Гришин М.Ю. (1) 

(1) Институт общей физики им. Прохорова РАН, Москва
(2) Московский государственный технологический университет Станкин, Москва
(3) Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва

Зарядовый механизм низкочастотного вынужденного комбинационного рассеяния на вирусах

Презентация доклада.

На конкурс представлена статья:
V.B. Oshurko, O.V. Karpova, M.A. Davydov, A.N. Fedorov, A.F. Bunkin, S.M. Pershin, M.Y. Grishin, “Charge mechanism of low-frequency stimulated Raman scattering on viruses”, Physical Review A 105, 043513 (2022), DOI: 10.1103/PhysRevA.105.043513 

Аннотация:
Предложен физический механизм вынужденного рассеяния света наноразмерными объектами в водной суспензии. Предлагаемый механизм основан на дипольном взаимодействии между световой волной и неизбежным нескомпенсированным электрическим зарядом наноразмерного объекта (например, вируса или наночастицы) в водной среде. Представлены экспериментальные данные о вирусе табачной мозаики, подтверждающие предполагаемый физический механизм. Показано, что экспериментально наблюдаемые частоты спектральных линий вынужденного усиления хорошо объясняются предложенным механизмом. В частности, отсутствие низкочастотных линий и смещение линий генерации при изменении концентрации связано с ионным трением в среде ионного раствора. Экспериментально наблюдаемые правила отбора также подтверждают дипольный тип взаимодействия. Показано, что в таких условиях рассеяния должно возникать микроволновое излучение на частоте акустических колебаний наноразмерного объекта. Мы показываем, что такие условия также допускают локальный избирательный нагрев наноразмерных объектов от десятков до сотен градусов Цельсия. Этот эффект контролируется параметрами оптического облучения и может быть использован для избирательного воздействия на конкретный тип вируса.

5.
В.С. Новиков (1), В.В. Кузьмин (1), М.Е. Дарвин (2), Ю. Ладеманн (2), Е.А. Сагитова (1), К.А. Прохоров (1), Л.Ю. Устынюк (3), Г.Ю. Николаева (1)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва
(2) Charité – Universitätsmedizin Berlin, Берлин, Германия
(3) Химический факультет, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, Москва

Взаимосвязь между спектрами комбинационного рассеяния и молекулярной структурой каротиноидов: квантово-химическое исследование α-каротина, β-каротина, γ-каротина и ликопина 

Аннотация
На протяжении трех лет сотрудниками ИОФ РАН ведется работа по созданию неразрушающего, быстрого метода определения содержания, химического и изомерного состава каротиноидов в различных объектах, в том числе в биотканях, растениях и живых организмах на основе метода спектроскопии резонансно усиленного комбинационного рассеяния (КР) света. В рамках представленной работы была решена проблема, касающаяся зависимости частоты валентных колебаний одинарных (C-C) и двойных (C=C) углерод-углеродных связей, которые являются характерными для различных каротиноидов, от длины сопряжения, структуры и массы боковых и концевых групп. С помощью теории функционала плотности (ТФП) рассчитаны структуры и спектры КР транс-изомеров α-каротина, β-каротина, γ-каротина и ликопина, а также транс-изомеров модифицированных молекул β-каротина и ликопина с замещенными концевыми и/или боковыми группами. Расчеты методом ТФП показали, что частота валентных колебаний C=C связей зависит в основном от числа сопряженных C=C связей и уменьшается с увеличением длины сопряжения. Слабая зависимость положения полосы валентных колебаний С=С связей от строения боковых и концевых групп каротиноидов позволяет использовать эту полосу для оценки длины сопряжения транс-изомеров различных молекул, содержащих полиеновые цепи. Полоса валентных колебаний С-С связей смещается в сторону меньших частот с ростом длины сопряжения или массы концевых групп и в сторону больших частот при наличии боковых групп СН₃. Интенсивность полос валентных колебаний С-С и С=С связей увеличивается с ростом длины сопряжения или массы концевых групп. Наличие боковых групп СН₃ приводит к искривлению скелета молекулы, расщеплению и уменьшению интенсивностей полос валентных колебаний С-С и С=С связей. Полученные результаты могут быть также использованы для анализа образования полиенов в поливинилхлориде под воздействием УФ-излучения или повышенной температуры. 

Дополнительная литература:
Sergey M. Kuznetsov, Elena A. Sagitova, Kirill A. Prokhorov, Dmitry I. Mendeleev, Gulnara Yu. Nikolaeva, Leila Yu. Ustynyuk, Arnulf Materny, Patrice Donfack. Dependence of C=C stretching wavenumber on polyene length in degraded polyvinyl chloride: a comparative empirical, classical mechanics, and DFT study. // Spectrochim. Acta - Part A Mol. Biomol. Spectrosc. – 2022. – V. 282. – P. 121653. DOI: 10.1016/j.saa.2022.121653.

____________________________________________________________________________________________

По всем вопросам выступления на семинаре, заказа пропусков (желательно не позднее, чем за два дня) и участия в онлайн формате обращаться к Николаевой Гульнаре по электронной почте: nikolaeva@kapella.gpi.ru.

Для заказа пропуска или участия в семинаре в онлайн формате необходимо указать ФИО полностью и место работы. Для прохода на территорию ИОФ РАН необходимо иметь с собой действующий российский паспорт.

Заявки на онлайн участие принимаются строго до 12:30 21 декабря.

Секретарь семинара Николаева Гульнара