ЛАБОРАТОРИЯ ФОТОНИКИ МОЛЕКУЛ

Заведующий лабораторией: Терехов Сергей Николаевич
тел.: (+37517) 284 26 87

Основные направления научных исследований и научно-технических разработок:

Фотоника нативных и модельных биомолекулярных системах с целью разработки новых методик и соединений, перспективных для использования в биомедицине и биотехнологии.

Фотоника супрамолекулярных ансамблей на основе природных и синтетических соединений с целью установления механизма и динамики переноса энергии и электронов, структурно-релаксационных процессов с последующим возможным использованием в опто-электронных устройствах молекулярной электроники и в нанотехнологии.

Фотоника супрамолекулярных гетероструктур с участием полупроводниковых нанокристаллов и органических хромофоров, предназначенных для создания новых фотостабильных композиционных сенсорных материалов и быстродействующих опто-электронных наноразмерных элементов.

Лазерная кинетическая спектроскопия релаксационных процессов взаимодействия молекулярного кислорода с дыхательными белками гемоглобином, миоглобином и искусственными кровезаменителями.

Квантово-химические расчеты структуры, спектроскопических и физико-химических свойств молекул с целью установления механизмов фотохимических процессов в нативных и искусственных системах.

Фотоника молекулярного кислорода: фотосенсибилизированная генерация его активных форм и фотодинамическое действие на биологические объекты, в том числе на злокачественные опухоли. Поиск новых эффективных фотосенсибилизаторов синглетного кислорода.

Разработка физических основ новых методов для создания дистанционных оптических сенсоров.

Спектроскопия высокого разрешения для исследования свойств металло-органических соединений при селективном лазерном возбуждении и низких температурах.

Разработка и оптимизация новых высокоэффективных субстратов для гигантского комбинационного рассеяния на основе металлизированного пористого кремния и анодного оксида алюминия для использования их в качестве активных компонентов сенсоров биомедицинского и аналитического назначения, в частности для неинвазивной медицинской диагностики биологических жидкостей и судебной экспертизы.

Разработка и исследование фотофизических свойств новых гибридных материалов на основе комплексов наноструктурированного пористого кремния с природными и синтетическими биомолекулами.

Важнейшие результаты:

Создан высокочувствительный лазерный флуорометр с наносекундным временным разрешением для регистрации кинетик люминесценции в диапазоне 950 — 1400 нм. Флуорометр может использоваться для оценки эффективности сенсибилизаторов для фотодинамической терапии, действующих по механизму образования синглетного кислорода. Прибор характеризуется высокой чувствительностью и быстродействием, что необходимо для регистрации люминесценции синглетного кислорода в биологических тканях. С его помощью можно измерять в автоматическом режиме временные зависимости свечения образцов на различных длинах волн с последующим построением трехмерной спектрально-временной картины. Большой динамический диапазон, реализуемый в методе счета одиночных фотонов, и выбор произвольного временного окна интегрирования дают уникальную возможность детектировать на фоне интенсивной люминесценции сенсибилизатора предельно слабые сигналы свечения кислорода с общим квантовым выходом вплоть до 6×10-9. В целом по своим параметрам данный прибор не имеет аналогов в Республике Беларусь.

С помощью флуорометра проведены исследования, в ходе которых удалось зарегистрировать свечение синглетного кислорода с поверхности биологической ткани.

Разработана методика и осуществлена направленная самосборка наноразмерных структурно-организованных мультипорфириновых систем нового поколения, включающих три (триада) или пять (пентада) тетрапиррольных макроциклов, основанная на двухточечном координационном взаимодействии ковалентно-связанных димеров Zn-порфиринов (гомо- и гетеродимеры) с молекулами свободного основания или Cu-комплекса порфиринового экстра-лиганда в метилциклогексане при 295 К. На основании теоретических расчетов методами квантовой химии и компьютерного моделирования установлены оптимизированная геометрия и особенности конформационной динамики исследуемых комплексов, а также выяснены основные факторы, способствующие формированию экситонных состояний с различным вкладом компоненты с переносом заряда, определяющей их редокс-свойства. На основании экспериментальных данных, получена информация по энергетике обменных d-&pi электронных взаимодействий компонент, а также определены константы скорости направленного переноса энергии (ПЭ, kПЭ ~ 1011 c-1) и фотоиндуцированного переноса электрона (ФПЭЛ, kФПЭЛ ~ 2.7×109 c-1), приводящего к формированию состояния с переносом заряда (ПЗ-состояние). Проведено исследование влияния ориентации взаимодействующих макроциклов, межцентровых расстояний и температуры растворителя на эффективность релаксационных процессов в мультипорфириновых комплексах.

Исследуемые структурно-организованные самособирающиеся мультипорфириновые комплексы, характеризующиеся эффективным переносом энергии и заряда являются прототипами наноразмерных молекулярных фотопереключателей и фотонных проводников и могут быть использованы в современной молекулярной электронике и нанотехнологии. (Результат получен при выполнении проекта ГКПНИ «Кристаллические и молекулярные структуры». 2006-2010 г.г., задание «КМС-17» (Науч. рук. – д.ф.-м.н. Сагун Е.И., исполнители — к.ф.-м.н. Кнюкшто В.Н., к.ф.-м.н. Ивашин Н.В., д.ф.-м.н. Зенькевич Э.И. — БНТУ)).