Центр рентгенодифракционного анализа

Заведующий лабораторией:к.ф.-м.н. Кривандин Алексей Владимирович

Телефон отдела:—

Почта:—

Комната:—

Центр рентгенодифракционного анализа был создан в ИБХФ в 2012 г. на базе работавшего в Институте многие годы рентгеновского кабинета.

В Центре совместно с сотрудниками других лабораторий, аспирантами и студентами выполняются исследования по многим научным темам Института, проводятся консультации сотрудников по применению методов рентгенодифракционного анализа, ведется работа по развитию этих методов и их адаптации для решения научных задач Института. С использованием результатов исследований, выполненных сотрудниками Центра, за последние десять лет было опубликовано более 50 статей в научных журналах и сборниках, сделано более 70 докладов на научных конференциях.

Приборная база Центра и налаженные в нем методы исследований позволяют решать широкий круг задач структурного анализа разнообразных неупорядоченных, частично упорядоченных и поликристаллических веществ. Для проведения структурных исследований в Центре используется рентгеновский дифрактометр с оптической фокусировкой рентгеновского пучка и линейным координатным (позиционно-чувствительным) детектором, рентгеновский дифрактометр HZG4 (VEB FreibergerPräzisionsmechanik, Германия), оснащенный современной электроникой управления и сбора данных, а также рентгенодифракционные установки с точечной коллимацией рентгеновского пучка, позволяющие проводить исследования структуры очень небольших количеств вещества и использовать методы двумерной дифрактометрии в малых и больших углах рассеяния.

Сотрудники Центра рентгенодифракционного анализа (2019 год):  слева направо: стоит - руководитель Центра, к.ф.-м.н. Алексей Владимирович Кривандин; сидит -  научный сотрудник Ольга Владимировна Шаталова.

Работающий в Центре дифрактометр с координатным детектором – это высокопроизводительный несерийный прибор, обладающий всеми возможностями современных дифрактометров такого типа. Координатный детектор был изготовлен в Объединенном институте ядерных исследований, а все остальные узлы, за исключением источника рентгеновского излучения, – в мастерских Опытного производства ИХФ по конструкторской документации, переданной из СКБ Института кристаллографии, и эскизным разработкам, выполненным к.ф.-м.н. А.В. Кривандиным. Использование в конструкции дифрактометра оптической фокусировки рентгеновского пучка и координатного детектора обеспечивает высокие показатели светосилы, пространственного разрешения и чувствительности регистрации. Дифрактометр позволяет исследовать в области малых и средних углов рентгеновского рассеяния разнообразные природные и синтетические вещества – растворы (суспензии) биологических макромолекул и синтетических наночастиц, биологические и модельные липидные мембраны, полимерные материалы, а также многие другие поликристаллические и аморфные вещества.

Ниже представлен краткий обзор научных исследований, выполненных сотрудниками Центра за последние десять лет.

Совместно с группой д.б.н. К.О. Муранова (лаборатория физико-химических основ регуляции биологических систем) при выполнении работ по гранту РФФИ 08-04-01787-а (руководитель к.ф.-м.н. А.В. Кривандин) были исследованы структурные характеристики молекулярного шаперона α-кристаллина, его теплоиндуцированные превращения и взаимодействие с дестабилизированными белками. Помимо метода малоуглового рентгеновского рассеяния в этих работах был использован «родственный» метод – малоугловое рассеяние нейтронов (совместно с сотрудниками лаборатории нейтронной физики Объединенного института ядерных исследований к.ф.-м.н. А.И. Куклиным, к.б.н. Т.Н. Муруговой и д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН В.Л. Аксеновым). Постоянный интерес к этим работам проявлял и осуществлял их поддержку заведующий лабораторией физико-химических основ рецепции академик М.А. Островский.

Методом малоуглового рентгеновского рассеяния было исследовано действие ряда биологически-активных веществ на структуру биологических и модельных липидных мембран – синтетического антиоксиданта ИХФАНа, стимулятора роста растений мелафена, нейропротектора NT-1505. Эти работы выполнялись с участием сотрудников лаборатории физико-химических основ регуляции биологических систем (к.б.н. О.М. Алексеевой, к.б.н. Л.Д. Фаткуллиной, к.б.н. А.Н. Голощапова и Н.Ю. Герасимова) под общим руководством заведующей этой лабораторией д.б.н., проф. Е.Б. Бурлаковой. На модельных липидных мембранах (многослойные липосомы, сформированные из фосфатидилхолинов) было показано, что синтетический антиоксидант ИХФАН способен встраиваться в липидные мембраны, изменяя их структуру, а стимулятор роста растений мелафен при исследованных концентрациях не влияет на структуру липидного бислоя. Было выявлено действие нейропротектора NT-1505 на структуру ориентированных мультислоев мембран синаптосом.

Были выполнены рентгенодифракционные исследования ряда полимерных систем на основе синтетических и природных составляющих. Изучалась структура хитозанов и их смесей с плюроником F-127, структура комплексов этого плюроника с ТФП,  теплоиндуцированные превращения полилактидов, структурная модификация изотактического полипропилена добавками полиэтилена низкой плотности и порошковой целлюлозы, особенности окисления  полипропилена, модифицированного парафиновым маслом, термоокисление изотактического полипропилена, синтезированного на металлоценовом катализаторе, структура аэрогелей альгината натрия, структура биодеградируемых композиций поли-3-гидроксибутирата с хитозаном, теплоиндуцированные структурные изменения двуосноориентированного полипропилена, структура биодеградируемых полимерных материалов на основе ультратонких волокон из поли-3-гидроксибутирата, процессы термоокисления полиэтилена низкой плотности, а также структурные характеристики некоторых других полимерных веществ. Значительная часть этих исследований проводилась совместно с сотрудниками и аспирантами лаборатории физико-химии композиций синтетических и природных полимеров (зав. лаб. - д.х.н., проф. А.А. Попов)  д.х.н., профессором Л.С. Шибряевой, к.х.н. Ю.В. Тертышной, к.х.н. Ю.В. Солововой, к.х.н. А.В. Хватовым, к.х.н. Е.Е. Масталыгиной, к.х.н. С.Г. Карповой, к.т.н. А.А. Ольховым, м.н.с. А.К. Зыковой, к.х.н. П.В. Пантюховым.

 Были продолжены рентгенодифракционные исследования структуры крахмалов, начатые в свое время по инициативе заведующего лабораторией структурирования пищевых систем к.х.н. В.П. Юрьева. Эти работы выполнялись совместно с к.х.н. Л.А. Вассерман (лаборатория физико-химической модификации биополимеров, зав. лаб. - к.х.н. И.Г. Плащина) в сотрудничестве с Институтом физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН и Всероссийским научно-исследовательским институтом крахмалопродуктов. Были исследованы структурные характеристики крахмала картофеля, культивированного в условиях аэропоники, гидропоники и в почве, структурные свойства крахмала трансгенного картофеля, влияние гена синтеза ауксина и различных условий культивирования (in vitro и in vivo) на структуру такого крахмала, действие ферментативного гидролиза и отжига на структуру кукурузного крахмала, а также структурные характеристики некоторых других крахмалов и их изменения под действием тех или иных физико-химических факторов.

В последние годы начаты работы по изучению структуры тонкопленочных нанокомпозитов на основе поли-п-ксилилена, полученных методом криохимического синтеза. Эта работа проводится совместно с сотрудниками Отдела электрофизики органических материалов и наноструктур к.ф.-м.н. О.П. Ивановой и д.ф.-м.н. Т.С. Журавлевой (руководитель отдела д.ф.-м.н. В.Я. Кривнов) в сотрудничестве с НИЦ «Курчатовский институт». Несмотря на малую толщину изучаемых нанокомпозитов (~0.1–1 мкм) были налажены методики их рентгенодифракционного анализа и получены новые данные о структуре композитных пленок поли-п-ксилилена с добавками CdS, PbS, PbSe, PbTe в широких интервалах их составов.

Доклад  к.ф.-м.н. Алексея Владимировича Кривандина на конкурсе научных работ Института (2014 год).

Помимо вышеперечисленных работ по полимерной и биологической тематикам в Центре за последние десять лет методами малоугловой и широкоугловой рентгеновской дифрактометрии проводились  исследования многих других моно- и полимолекулярных веществ. Исследовалась структура углеродных волокон, структура наночастиц на основе магнетита, структурные превращения природного и пиролитического графитов при окислении и терморасширении, структура нанопорошков железа, цинка и меди, изменения молекулярных параметров глицинина под действием ограниченного протеолиза папаином, структурные характеристики комплексов липидов с конъюгатами казеинатов натрия и мальтодекстринов, а также структура некоторых других полимерных и поликристаллических веществ.

Представленный выше обзор работ, выполненных в Центре  рентгенодифракционного анализа, свидетельствует о высокой универсальности метода рентгеновской дифракции и его востребованности для решения научных задач Института.