Что такое гигантское комбинационное рассеяние?



Что такое гигантское комбинационное рассеяние?

С 13 по 15 сентября в Университете Гента прошла конференция, посвященная нанобиоматериалам и методу комбинационного рассеяния.

В конференции приняли участие не только ведущие ученые из Бельгии, Германии, США, России и Франции, но и компания WITec - производитель нанотехнологического оборудования.

Профессор химико-биологического кластера Университета ИТМО и тим-лидер лаборатории SCAMT Екатерина Скорб рассказала об актуальности данной темы, о сотрудничестве с Университетом Гента и о том, что делать, когда во время конференции отключают свет в половине города.

 

Расскажите о конференции. Чему она была посвящена?

 

Основная тема - наноматериалы и метаматериалы, которые помогают нам анализировать биологические объекты, используя эффект усиления сигнала комбинационного рассеяния света: гигантское комбинационное рассеяние (Surface-enhanced Raman scattering, SERS). Например, применение таких материалов позволяет усиливать комбинационное рассеяние молекул, адсорбированных на наноструктурированных поверхностях. Усиление сигнала позволяет обнаруживать даже одиночные молекулы.

 

Конференция была интердисциплинарной. Собрались специалисты в области материаловедения, химии, физики, медики, биологи и представители индустрии.

У каждой группы свой интерес к этой теме: одни делают уникальные материалы, другие моделируют их эффективность, третьи с помощью этих материалов исследуют клетки, а четвертые изготавливают оборудование, позволяющее “читать”  гигантское комбинационное рассеяние.

 

Уникальный эффект был обнаружен в 70-е годы, поэтому сейчас обсуждаются в основном вопросы повышения эффективности материалов для усовершенствования диагностики, биосенсорики и создание базы данных “отпечатков” любой молекулы. С методом будет еще проще работать, если помимо качественного анализа, мы сразу же будем получать количественные результаты, а также сможем с точностью определять состав, используя уже имеющиеся данные.

 

В индустрии тенденция направлена на совмещение нескольких возможностей в одном приборе. Например, чтобы была возможность одновременно изучать метаболизм клеток при помощи комбинационного рассеяния, а также с помощью атомно-силового микроскопа изучать морфологию системы и ее механические свойства. Кроме того, разработка приборов сейчас ведется с учетом необходимости мониторинга систем в режиме реального времени, in situ.

 

А почему ваш выбор пал именно на эту конференцию?

 

На этой конференции собрались в основном люди, с которыми я уже работаю над различными проектами, поэтому одновременно с выступлением, у нас была отличная возможность обсудить дальнейшее сотрудничество, поделиться идеями. Конференция должна быть продуктивной, поэтому я всегда стараюсь выбирать те, на которых смогу достичь определенных задач. На этой, например, кроме представления своей работы и обсуждения работы коллег, с профессором Университета Гента Андреем Скиртачом мы обсудили обмен в рамках программы Erasmus+, наметили научные темы для студентов и отобрали образовательные курсы, которые могут быть им интересны.

 

Чем занимается группа профессора, с которым вы планируете взаимодействовать?

 

Профессор Скиртач сам физик, много работал с химией, после этого - с биологией, и в Университете Гент он возглавляет междисциплинарную группу. В частности, они синтезируют полиэлектролитные капсулы для доставки лекарственных веществ, регулируют эти капсулы, чтобы они отвечали на различные отклики, в том числе электромагнитное излучение, ультразвуковое воздействие.

 

Интересно. А о чем был ваш доклад?

 

Я представила мою новую группу “Infochemistry for self-adaptive materials” в лаборатории SCAMT Университета ИТМО и рассказала о совместных результатах с научными центрами, в которых работала до ИТМО, в частности Институте Макса Планка (Германия) и Университете Гарвард (США). Наши исследования связаны с фотоактивацией ионных каналов на поверхности наноструктурированных полупроводников [1,2]. Фотоактивация ионных каналов нужна для того, чтобы регулировать в пространстве и времени ионные отклики, программируя отклики биомолекул на облучение [3,4]. С помощью воздействия светом, мы можем локально менять рН на поверхности полупроводника, и, как следствие, менять свойства рН-чувствительных полимеров. Например, менять толщину покрытия более чем в 10 раз, от 100 нм до 1 микрона [1]. Возможно задавать программу поведения клеток, культивируемых на данных динамических поверхностях [5]. В моей работе интересно следить за химическими процессами в клетках при их возбуждении, используя как раз уже упомянутый эффект SERS.

 

Были ли во время конференции какие-то трудности организационного характера?

 

Организовано все было на очень высоком уровне. Плюс небольших конференций в том, что даже в случае непредвиденных обстоятельств при хорошей организации удается выйти из казалось бы нерешаемых ситуаций.

Поэтому даже когда в один из дней конференции в половине города Гент отключили свет, организаторы сработали на ура. Университет Гента расположен в нескольких корпусах по всему городу и организаторы оперативно узнали, что в здании через 2 соседние улицы свет есть, удалось продолжить конференцию, а после обеда свет включили во всем городе.

 

[1] S. A. Ulasevich, G. Brezesinski, H. Mohwald, P. Fratzl, F. H. Schacher, S. K. Poznyak, D. V. Andreeva, E. V. Skorb, Angew. Chem. Int. Ed. 55 (2016) 13001.

[2] H. Maltanava, S. K. Poznyak, D. V. Andreeva, M. C. Quevedo, A. C. Bastos, J. Tedim, M. G. S. Ferreira, E. V. Skorb ACS Appl. Mater. Interfaces. (2017) DOI: 10.1021/acsami.7b05209.

[3] D. V. Andreeva, I. Melnyk, O. Baidukova, E. V. Skorb, ChemElectroChem. 3 (2016) 1310.

[4] E. V. Skorb, H. Mohwald, D. V. Andreeva, Adv. Mater. Interfaces. 4 (2017) 1600282.

[5] S. A. Ulasevich, N. Brezhneva, Y. Zhukova, H. Mohwald, P. Fratzl, F. H. Schacher, D. V. Sviridov, D. V. Andreeva, E. V. Skorb, Macromol. Biosci. 16 (2016) 1422.