Исследования проходят в рамках проекта «Совместимость и трансформация функциональных неорганических наночастиц c культурами клеток в формируемых in vitro гибридных материалах по данным синхротронных исследований реконструкции атомного и электронного строения», поддержанного Российским научным фондом в конкурсе 2019 года по мероприятию «Проведение исследований на базе существующей научной инфраструктуры мирового уровня» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными. Реализация проекта осуществляется с использованием уникального объекта инфраструктуры мирового уровня: Курчатовского источника синхротронного излучения.
Исследования воронежских учёных посвящены природоподобным технологиям – актуальной в науке теме – и проходят в нескольких направлениях. Для одного из них используются наночастицы кремния, который является основным материалом микро- и наноэлектроники. Технологии, основанные на его использовании, известны давно и хорошо проработаны. Это означает, что ими можно эффективно управлять.
Руководитель проекта, руководитель лаборатории «Электронное строение твердого тела», доцент физического факультета ВГУ Сергей Турищев отметил, что «во многом эта работа направлена на исследования свойств наночастиц кремния. Благодаря инфраструктуре и условиям, созданным в Курчатовском институте, мы получаем точные данные, фактически на атомном уровне, и можем восстановить атомное строение наноразмерных частиц на основе кремния. Нам удалось показать, что, зная свойства наночастиц, можно технологически управляемо и эффективно интегрировать их с клетками. Наши задачи заключаются в том, чтобы понять, каким образом и какое влияние наночастица будет оказывать на окружение, и какое влияние клеточное окружение будет оказывать на неё».
Также он подчеркивает, что полученные результаты могут быть полезны в разных областях: «Самое очевидное – это медицина, в особенности такое активно развивающееся направление, как тераностика – совмещение диагностики каких-либо заболеваний и терапии, в том числе адресной. Наночастицы кремния обладают высокой биосовместимостью, в отличие от ряда материалов, используемых сегодня. Эти материалы не всегда качественно выводятся из организма, а кремний, тем более в малых объёмах, свойственных наночастицам, может успешно выполнять необходимые задачи и с лёгкостью выводиться после растворения».
Молодой учёный, кандидат наук Елена Паринова рассказала еще об одном направлении исследований: «Второе направление – это совмещение неорганических наночастиц железа с клетками E.coli. То, что в качестве природного объекта мы используем клетки, связано с прикладными перспективами этих исследований. Наночастицы железа формируются самой природой в клетке за счет отдельных типов белковых молекул. Эти молекулы в составе целостной клетки накапливают внутри себя эту неорганическую наночастицу оксидов железа. Размеры каждой наночастицы очень малы, всего пять-шесть нанометров. Получается, что молекула – это фактически установка, природный «генератор» наночастиц. А сама клетка – это «фабрика». А ведь чем меньше размер частиц, тем сложнее получить их унифицированно по размеру и составу, а белковые молекулы сами формируют идентичные частицы».
Значительная часть работы посвящена теоретическому моделированию – расчетам из первых физических принципов. Делается точный расчет таких фундаментальных свойств материалов, лежащих в основе наночастиц, как, например, электронно-энергетический спектр. Результаты моделирования в дальнейшем согласуются с экспериментом. Это позволяет получить наиболее адекватную картину комплексных исследований. Над проектом под руководством Сергея Турищева работает коллектив, в состав которого входят доктора наук: профессор Сергей Курганский, ведущий научный сотрудник Станислав Рябцев. Однако большую часть исследователей составляют молодые ученые, включая студентов последнего года обучения в магистратуре, которые прорабатывают огромный набор теоретических и экспериментальных данных актуальных направлений исследований.
– Зачастую эксперимент сложен, проводится длительное время буквально на границе чувствительности. Это не было бы возможным без поддержки коллег из различных организаций в России и даже за рубежом. Хочется выразить благодарность группе Владимира Сивакова из Института Фотонных технологий имени Лейбница города Йена, Руслану Овсянникову и Дмитрию Марченко из Берлинского центра материалов и энергии имени Гельмгольца, старшему научному сотруднику, заведующей лабораторией физического факультета МГУ Любови Осминкиной, доценту ВГУ Сергею Антипову, с которыми нас связывают длительное и крайне успешное научное сотрудничество, – говорит Сергей Турищев. – Но особенно хочется подчеркнуть вклад коллег из Национального исследовательского центра «Курчатовский Институт», сотрудников синхротронного источника (объекта инфраструктуры мирового уровня) Ратибора Чумакова и Алексея Лебедева. Без их деятельной и всесторонней поддержки реализация проекта просто была бы невозможна, и мы не смогли бы получить такие интересные результаты.
