КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 15-12-10004
НазваниеСамоорганизация и взаимодействие с окружением трубчатых и сферических органических наносистем
Руководитель Рошаль Сергей Бернардович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" , Ростовская обл
Конкурс №7 - Конкурс 2015 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований с привлечением молодых исследователей»
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-204 - Нано- и микроструктуры
Ключевые слова Самоорганизация и самосборка биологических наноструктур, углеродные нанотрубки, функционализация нанотрубок, теория фазовых переходов, липидные и композитные мембраны, вирусные капсиды, углеводороды алмазоподобного строения
Код ГРНТИ29.19.22, 29.19.15, 29.19.04
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Актуальным и приоритетным направлением исследований в современной науке является изучение, модификация и поиск областей применения для органических наноструктур как биологической, так и небиологической природы. Типичными примерами таких наноструктур являются одностенные, многостенные и функционализированные углеродные нанотрубки (УНТ), наночастицы углеводородов алмазоподобного строения (УАС), трубчатые белковые мембраны, капсиды вирусов, а также липидные мембраны с адсорбированными на их поверхности протеинами. В ходе реализации проекта будет проведено построение и экспериментальное тестирование новых физических моделей, описывающих свойства, механизмы самоорганизации и взаимодействия друг с другом и с окружением перечисленных выше объектов. Как показывают наши предварительные результаты, влияние окружения может сильно модифицировать физические свойства индивидуальной наносистемы. Выявление связи между физическими свойствами композитной наносистемы и физическими свойствами образующих ее индивидуальных наносистем является еще более сложной задачей. Например, вопрос о соотнесении фононных мод двустенной УНТ с модами образующих ее одностенных нанотрубок еще во многом остается открытым.
В ходе изучения небиологических наносистем на углеродной основе будут исследованы процессы заполнения одно- и многостенных УНТ молекулами УАС и изучены закономерности формирования данных композитных систем в зависимости от геометрии заполняемых УНТ и особенностей структуры УАС. Также будет изучено воздействие внутренних алмазоподобных структур на транспортные, электронные и оптические свойства, а также на динамику решетки одно- и многостенных УНТ. Методом спектроскопии КРС будут исследованы аномальные особенности динамики решетки индивидуальных одно- и многостенных углеродных нанотрубок, возникающие за счет взаимодействия с окружением. Особое внимание будет уделено температурно-зависимым свойствам изучаемых углеродных нанообъектов, так как наши предшествующие результаты показывают, что относительное влияние окружения на термодинамические свойства наноообъекта, связанные с его фононным спектром, возрастает.
В ходе работы над частью проекта, посвященной биологическим наноструктурам, будут исследоваться три типа наносистем. Во-первых, будут изучаться термодинамические механизмы, приводящие к потере устойчивости и фазовым переходам изменения формы в трубчатых липидных мембранах (ТЛМ). Как показывают наши предварительные результаты, эти же самые механизмы ответственны и за дальнодействующее взаимодействие между адсорбированными на поверхности ТЛМ белковыми молекулами. В ходе работы над проектом должна быть разработана адекватная эксперименту обобщенная теория, описывающая с единой точки зрения как фазовые переходы изменения формы в ТЛМ, так и процессы самоорганизации белковых молекул на ее поверхности. Вторая композитная наносистема, теоретическое исследование которой планируется в ходе выполнения проекта, - это подсистема двух трубчатых органелл (хвост и хвостовой чехол) бактериофага Т4. После самосборки эта подсистема оказывается метастабильной. При проникновении вирусного генома в клетку хозяина чехол сокращается, а хвост прокалывает клеточную мембрану. Для описания самосборки и механизма совместной работы этих двух вложенных друг в друга трубчатых органелл мы планируем применить стандартные для физики конденсированного состояния подходы, аналогичные используемым для описания кристаллизации пленки на подложке и объясняющие соразмерные фазовые переходы в кристаллах. В качестве предварительного шага, необходимого для изучения механизмов образования двухслойных белковых мембран, мы планируем развить теорию соразмерной кристаллизации протеинов в двухслойных капсидах семейства реовирусов, представляющих собой третью биологическую наносистему, изучаемую в проекте.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1. Левшов Д.И. Экспериментальное исследование зависимости частот тангенциальных G-мод от межслойного расстояния в полупроводниковых двустенных углеродных нанотрубках Книга тезисов научной школы для молодых ученых "Углеродные нанотрубки и графен - новые горизонты", 30 ноября - 4 декабря 2015, Москва, с. 114 (год публикации - 2015)
2.
Левшов Д.И., Авраменко М.В., Тхан К.-Т., Мишель Т., Ареналь Р., Пайе М., Рыбковский Д.В., Осадчий А.В., Рошаль С.Б., Юзюк Ю.И., Соважоль Ж.-Л.
Study of collective radial breathing-like modes in double-walled carbon nanotubes: combination of continuous two-dimensional membrane theory and Raman spectroscopy
Journal of Nanophotonics, Vol. 10, Issue 1, P. 012502 (год публикации - 2015)
10.1117/1.JNP.10.012502
3.
Голушко И.Ю., Рошаль С.Б., Лорман В.Л.
Complex instability of axially compressed tubular lipid membrane with controlled spontaneous curvature
The European Physical Journal E (EPJ E), № 10, Vol. 38, 112, (7) (год публикации - 2015)
10.1140/epje/i2015-15112-6
4. Коневцова О.В., Рошаль С.Б. Hidden symmetry of viral nanostructures Book of Abstracts of The International Joint School "Smart Nanomaterials and X-ray Optics 2015: Modeling, Synthesis and Diagnostics", September 27-30, Rostov-on-Don, Russia, p. 77-78 (год публикации - 2015)
5. Голушко И.Ю., Рошаль С.Б. Взаимодействие неустойчивостей в трубчатой липидной мембране с изменяемой спонтанной кривизной липидного бислоя Труды Пятого Международного междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (ФПЯ и ФП), г. Нальчик – г. Грозный – г. Ростов-на-Дону - п. Южный, 16-21 сентября 2015 г., стр. 57-60 (год публикации - 2015)
6.
Авраменко М.В., Рошаль С.Б.
Особенности низкочастотной колебательной динамики и низкотемпературная теплоемкость двустенных углеродных нанотрубок
Физика твердого тела, Т. 58, номер 5, с. 979-986 (год публикации - 2016)
10.1134/S1063783416050048
7. Рошаль С.Б., Koневцова О.В., Лорман В.Л. Структура вирусных оболочек и теория кристаллизации Ландау Труды Пятого Международного междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (ФПЯ и ФП), г. Нальчик – г. Грозный – г. Ростов-на-Дону - п. Южный, 16-21 сентября 2015 г., стр. 197-204 (год публикации - 2015)
8. Авраменко М.В., Рошаль С.Б. Теплоемкость двустенных углеродных нанотрубок при низких и сверхнизких температурах Труды Пятого Международного междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (ФПЯ и ФП), г. Нальчик – г. Грозный – г. Ростов-на-Дону - п. Южный, 16-21 сентября 2015 г., с. 5-7 (год публикации - 2015)
9. Голушко И.Ю., Рошаль С.Б. Трубчатые липидные мембраны, вытягиваемые из везикулы: зависимость равновесия системы от кривизны липидного бислоя Журнал Экспериментальной и Теоретической Физики, № 1, вып. 149, стр. 192 (8) (год публикации - 2016)
10. Авраменко М.В., Рошаль С.Б. Низкотемпературная теплоемкость одностенных и двустенных углеродных нанотрубок, взаимодействующих с окружением Книга тезисов научной школы для молодых ученых "Углеродные нанотрубки и графен - новые горизонты", 30 ноября - 4 декабря 2015, Москва, с. 80 (год публикации - 2015)
Публикации
1.
Левшов Д.И., Тран Х.-Н., Пайе М., Ареналь Р., Тан Х.-Т., Захаб А.А., Юзюк Ю.И., Соважоль Ж.-Л., Мишель Т.
Accurate determination of the chiral indices of individual carbon nanotubes by combining Electron Diffraction and Resonant Raman Spectroscopy
Carbon (год публикации - 2016)
10.1016/j.carbon.2016.11.076
2. Коневцова О.В., Лорман В.Л., Рошаль С.Б. Crucial role of the collective displacement modes in the morphological transformation during the maturation of the HK97 bacteriophage The Proceedings of the 26th International conference on Statistical Physics (18-22 July 2016, Lyon, France), с. 406 (год публикации - 2016)
3. Коневцова О.В., Рошаль С.Б., Лорман В.Л. Принципы формирования вирусных капсидов с двойными белковыми оболочками Сборник тезисов и список участников L Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (14-19 марта 2016 г., Санкт-Петербург, Россия), с. 156 (год публикации - 2016)
4.
Рошаль Д.С., Коневцова О.В., Мясникова А.Э., Рошаль С.Б.
Assembly of the most topologically regular two-dimensional micro and nanocrystals with spherical, conical, and tubular shapes
Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, V. 94, P. 052605 (год публикации - 2016)
10.1103/PhysRevE.94.052605
5. Авраменко М.В., Рошаль С.Б. Thermal conductivity of single-walled carbon nanotubes The Proceedings of the Fifth International Workshop on Nanocarbon Photonics and Optoelectronics (1-6 August 2016, Lappeenranta, Finland), с. 62 (год публикации - 2016)
6. Авраменко М.В. Применение континуальной теории низкочастотной динамики двумерной цилиндрической мембраны для расчета тепловых свойств углеродных нанотрубок Труды международного междисциплинарного симпозиума "Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы" (16-21 сентября 2016 г., Нальчик - Ростов-на-Дону - пос. Южный, Россия), с. 5-7 (год публикации - 2016)
7. Рошаль С.Б., Коневцова О.В., Лорман В.Л. Скрытая симметрия малых сферических вирусов и принципы структурной организации «аномальных» и двухслойных вирусных оболочек Сборник тезисов Первого российского кристаллографического конгресса (21-26 ноября 2016 г., Москва, Россия), с. 219 (год публикации - 2016)
8. Рошаль Д.С., Коневцова О.В., Рошаль С.Б. Молекулярно-динамическая сборка двумерных сферических, конических и трубчатых нанокристаллов Труды Пятого международного междисциплинарного симпозиума "Физика низкоразмерных систем" (15-19 сентября 2016 г., Ростов-на-Дону - пос. Южный, Россия), с. 100-103 (год публикации - 2016)
9.
Левшов Д.И., Слабодян Ю.С., Тонких А.А., Мишель Т., Рошаль С.Б., Юзюк Ю.И.
Особенности тангенциальных мод в спектрах комбинационного рассеяния света одностенных полупроводниковых углеродных нанотрубок большого диаметра
Физика твердого тела, Т. 59, вып. 3, с. 575 - 581 (год публикации - 2017)
10.21883/FTT.2017.03.137
10. Авраменко М.В. Особенности динамики решётки и теплоёмкость углеродных нанотрубок Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика конденсированного состояния, с. 1-24 (год публикации - 2016)
11. Голушко И.Ю., Рошаль С.Б. Анализ зависимости совместной устойчивости везикулы и вытянутой из нее трубчатой липидной мембраны от кривизны липидного бислоя Сборник тезисов и список участников L Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (14-19 марта 2016 г., Санкт-Петербург, Россия), с. 154 (год публикации - 2016)
12.
Коневцова О.В., Лорман В.Л., Рошаль С.Б.
Theory of morphological transformation of viral capsid shell during the maturation process in the HK97 bacteriophage and similar viruses
Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics, V. 93, Issue 5, P. 052412 (год публикации - 2016)
10.1103/PhysRevE.93.052412
13. Рошаль С.Б., Рошаль Д.С. Что такое двумерные коллоидные кристаллы? Труды Пятого международного междисциплинарного симпозиума "Физика низкоразмерных систем" (15-19 сентября 2016 г., Ростов-на-Дону - пос. Южный, Россия), с. 104-107 (год публикации - 2016)
14.
Рошаль С.Б., Коневцова О.В., Мясникова А.Э., Лорман В.Л.
Hidden symmetry of small spherical viruses and organization principles in «anomalous» and double-shelled capsid nanoassemblies
Nanoscale, V. 8, Issue 38, P. 16976-16988 (год публикации - 2016)
10.1039/c6nr04930c
15. Рошаль Д.С., Мясникова А.Э. Математическое моделирование самосборки 2D кристаллов на сферических, трубчатых и конических поверхностях и релаксационных процессов в них Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции "Актуальные проблемы прикладной математики и механики" (5-10 сентября 2016 г., Абрау-Дюрсо, Россия), с. 90 (год публикации - 2016)
16. Рошаль Д.С., Мясникова А.Э. Двумерный локально-периодический порядок на поверхностях со сферической топологией Сборник тезисов Первого российского кристаллографического конгресса (21-26 ноября 2016 г., Москва, Россия), с. 43 (год публикации - 2016)
17. Авраменко М.В., Рошаль С.Б. Thermal properties of single-walled carbon nanotubes at low temperatures Book of Abstracts of the Young scientists summer school "Nanocarbon for Optics and Electronics" (24-29 July 2016, Kaliningrad, Russia), с. 74 (год публикации - 2016)
18. Левшов Д.И., Тран Х.-Н., Мишель Т., Попов В.Н., Бланкон Ж.-К., Захаб А., Юзюк Ю.И., Соважоль Ж.-Л., Пайе М. Optical and phonons properties of index-identified double-walled carbon nanotubes Book of Abstracts of the 17th International Conference on the Science and Applications of Nanotubes and low-dimensional materials (7-13 August 2016, Vienna, Austria) (год публикации - 2016)
19. Голушко И.Ю., Рошаль С.Б., Лорман В.Л. Multipole analysis of the strain-mediated coupling between the proteins adsorbed at the tubular lipid membrane surface The European Physical Journal E - Soft Matter and Biological Physics (год публикации - 2016)
20. Авраменко М.В., Рошаль С.Б. Теоретическое исследование низкотемпературной теплоемкости одностенных и двустенных углеродных нанотрубок, взаимодействующих с окружением Сборник тезисов и список участников L Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (14-19 марта 2016 г., Санкт-Петербург, Россия), с. 166 (год публикации - 2016)
21. Рошаль Д.С., Коневцова О.В., Рошаль С.Б. Моделирование самосборки сферических коллоидных кристаллов и капсида вируса иммунодефицита человека Сборник тезисов и список участников L Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (14-19 марта 2016 г., Санкт-Петербург, Россия), с. 160 (год публикации - 2016)
22.
Тонких А.А., Рыбковский Д.В., Орехов А.С., Чернов А.И., Хомич А.А., Юэлс К.П., Кауппинен Э.И., Рошаль С.Б., Чувилин А.Л., Образцова Е.Д.
Optical properties and charge transfer effects in single-walled carbon nanotubes filled with functionalized adamantane molecules
Carbon, V. 109, P. 87 - 97 (год публикации - 2016)
10.1016/j.carbon.2016.07.053
Публикации
1.
Рошаль С.Б., Рошаль Д.С., Мясникова А.Э., Лорман В.Л.
Commensurability between protein nanotubes in contractile ejection nanomachines
Nanoscale (год публикации - 2017)
10.1039/C7NR06940E
2. Авраменко М.В., Чалин Д.В., Рошаль С.Б. Thermal conductivity of carbon nanotubes and their nanocomposites The Proceedings of the Sixth International Workshop on Nanocarbon Photonics and Optoelectronics (Russia, Sochi, Krasnaya Polyana, 19-24 March 2017), P. 41 (год публикации - 2017)
3. Пимонов В.В., Коневцова О.В., Тонких А.А., Рыбковский Д.В. Сравнение и анализ применимости теорий кристаллического и квазикристаллического порядка протеинов для моделирования капсидов малых вирусов Труды Международного междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (Россия, Нальчик – Ростов-на-Дону – пос. Южный, 16-21 сентября 2017 г.), Выпуск 7, том I, с. 116-118 (год публикации - 2017)
4. Рошаль Д.С. Исследование структуры двумерных искривленных нанообъектов Материалы XXIV международной молодежной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Ломоносов" (Россия, г. Москва, 10-14 апреля 2017 г.), С. 1. (год публикации - 2017)
5. Рошаль Д.С., Мясникова А.Э., Рошаль С.Б. Соразмерность между белковыми нанотрубками в шприцеобразных биологических наномашинах Сборник аннотаций Юбилейной XV Курчатовской междисциплинарной молодёжной научной школы (Россия, г. Москва, 14-17 ноября 2017 г.), С. 160 (год публикации - 2017)
6.
Коневцова О.В., Пимонов В.В., Лорман В.Л., Рошаль С.Б.
Quasicrystalline and crystalline types of local protein order in capsids of small viruses
Journal of Physics: Condensed Matter, V. 29, P. 284002 (год публикации - 2017)
10.1088/1361-648X/aa7211
7. Рошаль С.Б., Мясникова А.Э., Коневцова О.В., Лорман В.Л. Hidden symmetry and principles of structural organization in small icosahedral ‘anomalous’ and double-shelled capsids Materials of Workshop on Physical Virology (Italy, Trieste, 17-21 July 2017) (год публикации - 2017)
8.
Левшов Д.И., Паррэ Р., Тран Г.-Н., Мишель Т., Као Т.Т., Нгуен В.Ч., Ареналь Р., Попов В.Н., Рошаль С.Б., Соважоль Ж.-Л., Зааб А.А., Пайе М.
Photoluminescence from an individual double-walled carbon nanotube
Physical Review B, V. 96, P. 195410 (год публикации - 2017)
10.1103/PhysRevB.96.195410
9. Рошаль Д.С. Особенности функционирования шприцеобразной наномашины, передающей генетическую информацию бактериофага T4 Материалы Научно-практической конференции с международным участием "Генетика - фундаментальная основа инноваций в медицине и селекции" (Россия, г. Ростов-на-Дону, 2–4 ноября 2017 г.), С. 105-106 (год публикации - 2017)
10. Пимонов В.В. Анализ применимости модифицированной теории Каспара и Клуга для моделирования капсидов малых вирусов Сборник тезисов и список участников LI Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (Россия, г. Санкт-Петербург, 11-16 марта 2017 г.), С. 172 (год публикации - 2017)
11. Голушко И.Ю., Рошаль С.Б. Взаимодействия белков, индуцированные деформацией мембраны: мультипольный подход Тезисы докладов Международной конференции “Современные проблемы механики сплошной среды”, посвященной памяти академика Леонида Ивановича Седова в связи со стодесятилетием со дня его рождения (Россия, г. Москва, 13–15 ноября 2017 г.), С. 83-85 (год публикации - 2017)
12. Рошаль Д.С., Мясникова А.Э., Рошаль С.Б. Modeling of virus structures with non-standard geometry Book of Abstracts of the 6th International School for Young Researchers "Smart Nanomaterials” (Russia, Rostov-on-Don, 11-15 September 2017), P. 61 (год публикации - 2017)
13.
Рошаль С.Б., Коневцова О.В., Лорман В.Л.
Static and dynamic hidden symmetries of icosahedral viral capsids
Nanoscale, V. 9 (34), P. 12449-12460 (год публикации - 2017)
10.1039/c7nr04020b
14.
Чалин Д.В., Авраменко М.В., Рошаль С.Б.
Simple theory of low-temperature thermal conductivity in single- and double-walled carbon nanotubes
Physical Review B, V. 96, P. 155413 (год публикации - 2017)
10.1103/PhysRevB.96.155413
15. Рошаль Д.С., Рошаль С.Б. Исследование закономерностей упаковки белков на конических и трубчатых поверхностях биологических нанообъектов Сборник тезисов и список участников LI Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (Россия, г. Санкт-Петербург, 11-16 марта 2017 г.), С. 173 (год публикации - 2017)
16. Левшов Д.И, Попов В., Ареналь Р., Мишель Т., Тран Г.-Н., Као Т.Т., Нгуен В.Ч., Пхан Н.М., Зааб А.А., Соважоль Ж.-Л., Пайе М. Interlayer Dependence of G-Modes and Photoluminescence in Individual Freestanding Index-identified Double-Walled Carbon Nanotubes Book of Abstracts of XXXIst International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials (Austria, Kirchberg, 4-11 March 2017), P. 20 (год публикации - 2017)
17. Чалин Д.В., Авраменко М.В., Рошаль С.Б. Баллистическая теплопроводность одностенных и двустенных углеродных нанотрубок Сборник тезисов и список участников LI Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (Россия, г. Санкт-Петербург, 11-16 марта 2017 г.), С. 216 (год публикации - 2017)
18. Рошаль С.Б., Коневцова О.В., Тонких А.А., Рыбковский Д.В. Скрытая симметрия капсидов больших и гигантских вирусов Труды Международного междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (Россия, Нальчик – Ростов-на-Дону – пос. Южный, 16-21 сентября 2017 г.), Выпуск 7, том I, с. 123-126 (год публикации - 2017)
19. Рошаль Д.С., Мясникова А.Э., Рошаль С.Б. Соразмерность двустенных трубчатых наноструктур: чехол и шпага бактериофага Т4 Труды Международного междисциплинарного симпозиума «Физика поверхностных явлений, межфазных границ и фазовые переходы» (Россия, Нальчик – Ростов-на-Дону – пос. Южный, 16-21 сентября 2017 г.), Выпуск 7, том I, с. 127-131 (год публикации - 2017)
20. Голушко И.Ю., Рошаль С.Б., Лорман В.Л. Мультипольный подход к описанию индуцированных деформаций мембраны белок-белковых взаимодействий Сборник тезисов и список участников LI Школы ПИЯФ по физике конденсированного состояния (Россия, г. Санкт-Петербург, 11-16 марта 2017 г.), С. 164 (год публикации - 2017)