Деятельность научной школы ГрГУ имени Янки Купалы в области молекулярной спектроскопии
Одним из наиболее результативно работающих научных коллективов ГрГУ имени Янки Купалы, достижения которого признаны во многих странах, является научная школа в области молекулярной спектроскопии. За годы ее деятельности на физико-техническом факультете купаловского университета сотрудники школы получили множество научных результатов мирового уровня.
Научная школа стала формироваться в начале 70-х годов прошлого столетия. Все началось с научной лаборатории молекулярной спектроскопии. Инициатива ее создания принадлежала молодому выпускнику аспирантуры БГУ Леониду Кивачу, который приехал в Гродно в 1973 году и активно принялся за работу по созданию материальной базы лаборатории и научных исследований.
Первыми сотрудниками новой структуры были студенты старших курсов, а впоследствии – выпускники Гродненского пединститута. Среди них нынешний проректор по учебной работе Геннадий Гачко, директор Международного государственного экологического института имени А.Д. Сахарова Сергей Маскевич, заведующий кафедрой физики, агрометеорологии и радиологии ГГАУ Владимир Кондаков.
Одним из ранних направлений исследований в лаборатории было выбрано изучение спектральных свойств биологически активных соединений.
– В результате этих исследований ученые установили связь биологической активности молекул с их структурой и спектральными свойствами, изучили структуру, внутримолекулярную динамику и роль отдельных групп ряда ферментов, – рассказывает декан физико-технического факультета Андрей Герман.
В 70-80-е годы появились первые экспериментальные установки для исследования люминесценции и комбинационного рассеяния света как основных методов исследования лаборатории.
Как отмечает Андрей Евгеньевич, научная школа в современном ее виде сформировалась в середине 90-х годов прошлого столетия. Важнейшую роль в организации, определении основных направлений исследований сыграл Сергей Маскевич, который и в настоящее время является ее научным руководителем.
Среди важнейших результатов деятельности научного коллектива – изучение оптических свойств наноструктурированных пленок серебра и золота, определение механизмов усиления излучения молекул, осажденных на такие поверхности. В результате многолетних исследований ученые лаборатории разработали уникальную технологию изготовления наноструктурированных пленок благородных металлов на диэлектрических подложках.
– Наноструктурированные пленки производятся путем вакуумного напыления благородных металлов на поверхность кварцевой, стеклянной или слюдяной подложки. Уникальная технология позволяет управлять свойствами пленок путем изменения параметров процесса напыления. Пленки проходят дополнительную обработку в виде отжига, химического травления, покрываются тонкими слоями полимеров, – добавляет декан физико-технического факультета.
Областями применения разработки являются высокочувствительные датчики для аналитических исследований органических соединений в сверхмалой концентрации, обнаружения молекул определенных классов, анализа наличия примесей, продуктов химических реакций, контроля чистоты реагентов, создания систем контроля загрязнения окружающей среды. Разработка применяется также в биомедицинской диагностике для изучения структуры комплексов лекарствомишень и фармакокинетики лекарственных препаратов.
В сотрудничестве с коллегами из России и Франции гродненские ученые выполнили ряд исследований полупроводниковых квантовых точек – перспективных наночастиц для применения во многих отраслях. В конечном счете была создана уникальная технология химической модификации поверхности наночастиц, которая обеспечивает их высокую устойчивость к излучению и водорастворимость. По словам декана физико-технического факультета, использование квантовых точек для окраски гистологических срезов в медицине показало, что с их помощью можно улучшить контрастность изображения, повысить чувствительность метода оптической микроскопии для диагностики ряда заболеваний.
– Рассматривая основные результаты научного коллектива, нельзя не отметить исследования спектральных свойств особого класса органических красителей – молекулярных роторов. Это органические молекулы, способные вращаться под воздействием излучения. Сотрудники лаборатории установили факторы, определяющие интенсивность свечения таких молекул. Все это позволило разработать теоретические основы использования молекулярных роторов в качестве маркеров для биофизических и диагностических исследований процессов агрегации белков и диагностики тяжелых заболеваний, например, амилоидоза, знакомого многим по болезни Альцгеймера, – рассказывает Андрей Евгеньевич.
Совместно с коллегами из БГУ и Института цитологии РАН гродненские ученые создали новые маркеры с улучшенными характеристиками для диагностики таких процессов и заболеваний.
– Не менее важным направлением работы научного коллектива является изучение основных особенностей превращений под воздействием света фотохромных (изменяющих окраску под воздействием света – прим. автора) соединений, адсорбированных на наноструктурированной металлической поверхности. Эксперименты проводятся авторами совместно с коллегами из Южного Федерального университета, – подчеркнул декан. – Уже разработаны управляемые светом нанопереключатели для запоминающих устройств большой емкости и наноэлектроники, а также энергосберегающие и энергорегулирующие покрытия стекол.
Андрей Герман говорит, что разработка приборов и оборудования для спектральных исследований всегда была приоритетным направлением работы научного коллектива. Заведующий кафедрой общей физики Александр Маскевич и ведущий научный сотрудник Виталий Степуро создали оригинальную установку для исследования кинетики затухания флуоресценции, европейские аналоги которой стоят не менее двухсот тысяч евро. Программное обеспечение разработанной установки поставлено на экспорт как самостоятельный продукт в Государственный оптический институт РАН в Санкт-Петербурге.
– Еще одним интересным прибором является автоматизированный штарковский спектрометр, созданный мной в сотрудничестве с Геннадием Гачко. Устройство позволяет анализировать поглощение света образцами в сильных электрических полях. В его конструкции используются комплектующие изделия преимущественно белорусского производства, – замечает Андрей Герман.
На базе разработанного универсального контроллера спектральных комплексов декан физико-технического факультета и магистрант Константин Рыжко создали автоматизированный спектрометр комбинационного рассеяния света на базе спектрометра ДФС52 (ЛОМО). Прибор предназначен для исследования спектров комбинационного рассеяния света и люминесценции образцов при лазерном возбуждении. В нем применена оригинальная система управления и программное обеспечение собственной разработки. Данная разработка также успешно внедрена в Государственном оптическом институте РАН.
Представители научной школы имеют тесные контакты с научными коллективами России, Украины, Германии, Франции, Канады и Индии. Выполнение трех международных проектов по программе INTAS позволило сотрудникам лаборатории завоевать мировое признание. Подтверждением этого являются научные публикации в изданиях мирового уровня.
– Ежегодно представители научной школы публикуют сотни статей. В период с 1996 по 2016 годы вышло 120 материалов в изданиях, индексируемых в базах данных Scopus и Web of Science, – отмечает декан физико-технического факультета. – Большинство публикаций отличаются высокими показателями цитирования. Так, работу под названием «Enhanced luminescence of CdSe quantum dots on gold colloids» процитировали свыше 500 раз, многие другие – более 100 раз.
Сейчас ученые ведут активную работу по привлечению средств научных грантов, в выполнении которых принимают участие студенты, магистранты и аспиранты. Современные направления исследований позволили участвовать в реализации десятков научных проектов государственных программ и Белорусского фонда фундаментальных исследований. За 2013-2016 годы совокупный объем финансирования научных исследований превысил 400 тысяч деноминированных рублей.
Высокая публикационная активность и объемы исследований позволяют обеспечить преемственность в подготовке научных кадров.
– За все время существования научной школы защищено 4 докторских и 13 кандидатских диссертаций. Сейчас к защите готовятся еще 2 докторские и 3 кандидатские диссертации, – подчеркнул Андрей Герман.
В настоящее время основные исследования выполняются на базе научной лаборатории молекулярной спектроскопии и оптики наноструктур, руководит которой профессор кафедры общей физики Наталья Дмитриевна Стрекаль. На базе данной лаборатории в начале 2017 года будет создана студенческая лаборатория с одноименным названием, в работе которой более 20 студентов физико-технического факультета уже принимают активное участие.
Анна КУЛЬБА
