Важнейшие практические разработки ИБХФ РАН в 2017 году

Вернуться назад

Важнейшие практические разработки ИБХФ РАН в 2017 году 1. В рамках реализации федеральной целевой программы «Национальная система химической и биологической безопасности Российской Федерации (2015 – 2020 годы) проводится разработка прибора индикации и идентификации патогенных биологических агентов на основе спектроскопии поверхностно-усиленного рамановского рассеяния (SERS-спектроскопии) или Фурье-спектроскопии в инфракрасном диапазоне. Практическое применение прибора: - в составе биосенсорной сети Национального интеграционного центра мониторинга биологических угроз; - как часть автоматических приборов детекции биопатогенов в качестве триггера; - в качестве анализатора внутрибольничных инфекций. В 2017 гг. разработана конструкторская документация литеры «О» и изготовлен опытный образец прибора индикации и идентификации патогенных биологических агентов на основе полной колебательной. Прибор прошел Государственные испытания, продемонстрировав возможность быстрой индикации и идентификации патогенных биологических агентов в составе аэрозоля воздуха и жидких пробах на основе спектроскопии рамановского рассеяния с поверхностным усилением (Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS-спектроскопии). Разработка Прибора является уникальной для России, поскольку обеспечивает высокую чувствительность и специфичность идентификации потенциально опасных биологических объектов. Прибор может применяться как в качестве независимого устройства, так и качестве триггера в автоматических комплексах, использующих также другие способы детекции для специфического определения патогенов. Успешная разработка и испытание Прибора обуславливает необходимость мер по его дальнейшим испытаниям, адаптации к решению конкретных задач и постановке на производство. (ИБХФ РАН, ФПИ, И.Н. Курочкин, Еременко А.В., Нечаева Н.Л., Будашов И.А., Дурманов Н.Н., Гулиев Р.Р., Евтушенко Е.Г). 2. Создан новый класс высокодобротных композитных метаматериалов на основе периодических, тонкопленочных, нанодисперсных структур металла и диэлектрика в оптической области электромагнитного спектра. Предложены новые нанокомпозитные метаматериалы на основе нано- и микроразмерных высокодобротных плазмонных и диэлектрических резонаторов. Такие метаматериалы реализуют возможность фокусировки гигантских электромагнитных полей на их поверхности и селективного усиления сигнала комбинационного рассеяния света в 104-108 раз на выбранной частоте, с одной стороны, и прочную адсорбцию анализируемых молекул, с другой. Предложенные структуры позволяют начать разработку не имеющих аналогов в мире высокочувствительных биоаналитические систем на основе ГКР для определения низких концентраций биологических и химических веществ. (ИБХФ РАН, И.Н. Курочкин, Еременко А.В., Нечаева Н.Л., Будашов И.А., Дурманов Н.Н., Гулиев Р.Р., Евтушенко Е.Г) 3. Разработана биоаналитическая платформы для определения гликозилированных абелков крови на основе усиления комбинационного рассеяния света плазмонными наноструктурами. Впервые исследована возможность управляемого с помощью ультразвука осаждения белка из раствора на поверхность ГКР-активной подложки в структуре микрофлюидного чипа для воспроизводимого получения спектров КР. При проведении исследований по разработке биоаналитической платформы для определения гликозилированных белков были созданы и охарактеризованы ГКР-подложки нового типа. Разработанные подложки просты в приготовлении и использовании и подходят для рутинного анализа большого количества образцов. ГКР-активные подложки использовали для селективного определения гликированных белков с помощью фенилбороновой кислоты. Проведено комплексное исследование оптических свойств двумерных тонкопленочных периодических структур в виде диэлектрических микро-гребней и микро-конусов в СВЧ и оптическом диапазоне частот. Проведено компьютерное моделирование, работы по созданию структур, а также экспериментальные исследования, которые продемонстрировали аномальный оптический отклик от исследуемых мета поверхностей за счет возбуждения как диэлектрических, так и гибридных металлодиэлектрических резонансов. (ИБХФ РАН, Курочкин И.Н., Еременко А.В., Нечаева Н.Л., Будашов И.А., Дурманов Н.Н., Гулиев Р.Р., Евтушенко Е.Г). 4. Разработаны сенсорные подложки на основе микро и наноструктур серебра для определения холин и фенолсодержащих продуктов ферментативных реакций методом спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния. Разработаны методики анализа тиохолина с применением спектроскопии гигантского комбинационного рассеяния с использованием ГКР-активного коллоидного раствора наночастиц серебра для разных лазерных источников: 785 нм и 532 нм. Предел обнаружения тиохолина для лазерного источника 785 нм составляет 6∙10-9 М, коэффициент чувствительности – 2.5 (нМ)¬-1. Предел обнаружения тиохолина для лазерного источника 532 нм составляет 4∙10-9 М, коэффициент чувствительности – 10.5 (нМ)¬-1. Показана возможность анализа тиохолина в присутствии бутирилтиохолина с применением одной из разработанных методик, которая может быть реализована для проведения анализа активности эстераз в чистых растворах и биологических жидкостях. (ИБХФ РАН, Курочкин И.Н., Еременко А.В., Нечаева Н.Л., Будашов И.А., Дурманов Н.Н., Гулиев Р.Р., Евтушенко Е.Г). 5. Разработаны, сконструированы, изготовлены и испытаны несколько образцов сепарирующих элементов и установок для сепарации в градиентных магнитных и в электрических полях была показана эффективность сепарации следующими методами разделения: высокоградиентная магнитная сепарация (ВГМС) на мембранных элементах; непрерывный двумерный диэлектрофорез. Применимость мембранных сепарирующих элементов на основе перфорированной ферромагнитной фольги и ферромагнитных трековых мембран для ВГМС была продемонстрирована на примере сепарации магнитных микро-, субмикро- и наночастиц. Метод показал высокую эффективность сепарации и возможность его использования для выделения магнитных микроорганизмов (магнетотактических бактерий), и фракционирования наночастиц. Предложена конструкция сепарационного устройства и методика разделения микробиологических образцов на основе непрерывного двумерного диэлектрофореза в свободном потоке. Разрабатываемый метод отличается высокой производительностью и простотой использования. Эффективность устройства была продемонстрирована теоретически и экспериментально на примере сепарации клеток Saccharomyces cerevisiae. Эффективность разделения клеток сепарационным устройством составила ~99%. (ИБХФ РАН, Подойницын С.Н.) 6. В ИБХФ РАН разрабатываются материалы радиотехнического назначения, включая радиоэкранирующие, радиопоглощающие материалы и элементы для них: для создания адаптивных и управляемых средств снижения заметности; обеспечения электромагнитной совместимости радиоэлектронного оборудования; обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа по радиоканалу; защиты персонала от воздействия электромагнитных излучений эксплуатируемого и обслуживаемого оборудования. В 2017 году проведены научно-поисковые исследования, получены лабораторные образцы радиопоглощающих композиционных материалов пониженной плотности (<1 кг/дм3) и повышенной термостойкости ( 150…+150 С), выполнены испытания в лабораторных условиях, проведено моделирование применения разрабатываемых материалов для решения задач снижения заметности. Показано, что для защиты элементов и устройств бортовой аппаратуры (БА) и бортовой кабельной сети (БКС) космических аппаратов (КА) от электромагнитных полей и воздействия -излучения могут использоваться гибкие экранирующие материалы, обладающие высокой эффективностью экранирования, малой массой и стойкостью к факторам космического пространства, контрастными температурам эксплуатации и радиационной электризации, высокой термостойкостью. Подтверждено, что гибкий металлизированный материал обладает достаточно высокой эффективностью экранирования, не подвержен электризации при воздействии на него стационарного электронного потока с вышеуказанными пределами плотности тока и энергии и может защищать бортовые кабели и диэлектрические материалы, применяемые на космических аппаратах, от воздействия электронного потока магнитосферной плазмы с энергией электронов до 30 кэВ и плотности стационарного электронного потока до 1 нА/см2. Данные материалы могут использоваться для защиты элементов и устройств БА и БКС КА от воздействия факторов космического пространства – электромагнитных полей и электризации. Разработанные материалы являются импортозамещающими аналогами радиопоглощающих материалов широкого назначения на основе электропроводящих пенополиуретанов и кремнийорнагических матриц (ETS-Lindgren, TDK, Frankonia). Для практической реализации полученных результатов необходимо разработать технологические режимы получения материалов, соответствующих конкретным задачам их применения. Технология производства предполагает использование исходных компонентов исключительно российского производства, не требует повышенных мер безопасности с точки зрения воздействия на персонал и окружающую среду, может быть организовано в стандартных условиях заводской/производственной лаборатории в короткие сроки. Планируется патентование (ИХФ, ИБХФ РАН, патент РФ) композиционного радиопоглощающего материала пониженной плотности с расширенными эксплуатационными характеристиками. (ИБХФ РАН, ИХФ РАН, НИУ МАИ, ООО НПП "Радиострим", АО Институт пластмасс имени Г.С. Петрова) 7. В рамках проекта «Оптимизация процесса получения новых экологически безопасных октанповышающих и стабилизирующих добавок к бензинам на основе полиолов разработан метод синтеза изопропилиден глицерина (золькеталя), использование которого в качестве октанповышающей и стабилизирующей оксигенатной добавки к моторным топливам является одним из возможных каналов утилизации биодизельного глицерина. Метод основан на применении комбинированного катализатора с удалением воды в периодическом процессе и рафинировании кеталя, позволяющем отказаться от его вакуумной ректификации. Полученные результаты оформлены для правовой защиты в качестве изобретения (Регистрационный номер заявки 2017138119). Метод является альтернативой представленным в литературе непрерывным и смешанным гетерогенно-каталитическим процессам, не предусматривающим полного отделения воды и остаточного глицерина, а также контроля кислотности проходящей через катализатор реакционной массы, что обусловливает гидролитическую нестабильность продукта при его хранении или ректификации. (ИБХФ РАН, ПАО «Татнефть», Вольева В.Б., Комиссарова Н.Л., Малкова А.В., Овсянникова М.Н., Усманов Р.А.) 8. Разработан новый метод прогнозирования хромосомных аберраций под действием ДНК-повреждающих факторов (ионизирующая радиация (ИР), химио-терапевтические препараты) на основе полимерного моделирования 3D структуры и динамики хромосомных локусов в ядре клетки. Определены частоты спонтанных контактов хромосомных локусов, содержащих онкогены, аберрации по которым наблюдаются при онкозаболеваниях: рак щитовидной железы острый лимфобластный лейкоз, хронический миелоидный лейкоз. На этой основе определены частоты индуцированных ИР рак-специфических аберраций как потенциальных предикторов канцерогенеза. Метод открывает перспективы создания технологии количественного прогнозирования канцерогенных рисков, в том числе вторичных раков при онкотерапии, основанной на учете механизмов образования аберраций хромосом различного типа и информации о 3D-структуре генома. (ИБХФ РАН, Андреев С.Г. Эйдельман Ю.А., Сальников И.В., Сланина С.В., Пятенко В.С.) 9. Предложены новые методы биомедицинской диагностики на основе белков конденсата выдыхаемого воздуха человека. По результатам масс-спектрометрического исследования конденсатов выдыхаемого воздуха (КВВ) всех групп доноров построена линейная аналитическая модель прогнозирования наличия у донора рака легкого с проверкой на группе доноров, не включенной в обучаемый набор для программы. Модель показала хорошую прогностическую способность (AUC=0.99), определив образцы КВВ больных раком. (ИБХФ РАН, кафедра химической энзимологии Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова; Варфоломеев С.Д., Рябоконь А.М., Федорченко К.Ю Митрофанов С.И., Пикин О.В., Бармин В.В., Кононихин А.С., Анаев Э.Х.) 10. На основе импульсной акустической микроскопии создана техника неинвазивного исследования и контроля объемной микроструктуры материалов и объектов тканевой инженерии и регенеративной медицины. Разработанные методы и устройства были использованы для изучения объемной микроструктуры нативных и децеллюляризированных естественных тканей – легких, диафрагмы, кожных покровов, используемых в качестве естественных субстратов для выращивания тканевых имплантов. Впервые с высоким разрешением получены изображения ненарушенной морфологии внутренней микроструктуры децеллюляризированных тканей. Разработанные методики позволяют визуализировать микроскопические элементы внутренней структуры тканей - ориентацию и укладку коллагеновых волокон и тяжей, локальные вариации плотностей тканей, микроскопические пузырьки в объеме децеллюляризированной ткани. Предлагаемые методики станут основой для неинвазивной визуализации процессов формирования тканеинженерных конструкций, в т.ч. для оценки распределения клеточного компонента и процессов его миграция в объеме матрикса, для изучение процессов биодеградации и субстрата собственным внеклеточным матриксом. (ИБХФ РАН, Левин В.М., Мороков Е.С., Петронюк Ю.С., Храмцова Е.Ф.) 11. Разработаны основы применения импульсной акустической микроскопии в качестве неразрушающего метода для наблюдения и изучения процессов необратимого деформирования и разрушения композитных материалов. Возможности акустической микроскопии визуализировать объемную микроструктуру без нарушения целостности, позволили использовать метод для наблюдения структурных изменений в объеме материала в ходе последовательного воздействия на него механических нагрузок или иных внешних факторов – температуры, влажности, химических агентов и др. (ИБХФ РАН, Богаченков А.Н., Левин В.М., Мороков Е.С., Петронюк Ю.С., Титов С.А.) 12. Разработана методика расчета возможных форм двумерных кластеров - 2D аналога теории Вульфа устойчивых форм 3D кристаллов. Методика позволяет предсказывать стабильную форму наноотверстий определенного диаметра в двухслойном графене, основываясь на стабильности «замкнутых» границ (ковалентного соединения граничных атомов) и типа упаковки слоев. Полученные результаты демонстрируют хорошее совпадение с экспериментальными результатами группы проф. M. Takeguchi исследования зависимости формы отверстий от взаимной ориентации слоёв графена. Результаты расчетов наносеток и нанополос с «замкнутыми» отверстиями из биграфенов АА, АВ и 30о упаковок показали наличие множество пиков в электронной плотности состояний в широком диапазоне энергий. Это обеспечивает базу для их оптоэлектронных приложений с селективностью в полосе длин волн от инфракрасного до ультрафиолетового. Показано, что рассмотренные структуры могут быть использованы и как элементы наноэлектроники (в частности, в качестве переключателя на основе сетки биграфена с «круглыми» наноотверстиями, когда при приложении поперечного управляющего напряжения к ней происходит смена ее металлического поведения на полупроводниковое). (ИБХФ РАН, Артюх А.А., Демин В.А., Квашнин А.Г., Квашнин Д.Г., Сорокина Л. Ю., Сорокин П. Б. Чернозатонский Л.А.) 13. Разработан и изготовлен аппаратно-программный комплекс для разработки методов ультразвуковой медицинской эластометрии и эластографии. Аппаратная часть комплекса состоит из модифицированного блока электроники опытного образца ультразвукового медицинского эхотомоскопа УДС-2017-ЦМА (ООО "Центр медицинского акустовидения", Россия; начало 2017 года), широкополосного линейного ультразвукового датчика (центральная частота 7.5 МГц), ультразвуковых фантомов (имитаторов рассеяния ультразвука на мягких тканях человека) и компьютера. Программная часть состоит из программного обеспечения спецпроцессора эхотомоскопа и компьютера, дополненного модулями поддержки методик эластометрии и эластографии. Комплекс предназначен для разработки, исследования характеристик и доклинических испытаний новых методов эластометрии и эластографии, которые базируются на допплеровских измерениях смещений мягких тканей относительно положения равновесия. Основное назначение указанных методов - дифференциальная диагностика новообразований на ранней стадии развития. Могут быть также применены для обнаружения и мониторинга динамики развития новообразований и иной патологии мягких тканей, которые связаны с изменениями локальных механических характеристик ткани. (ИБХФ РАН, Пышный М.Ф., Пышная С.В., Кузнецов А.А.) 14. С целью создания суперконденсаторов нового поколения ведутся разработки материала, обладающего повышенной емкостью и сохраняющего свои характеристики при многократных циклах заряд-разряд. Были изучены графитосодержащие материалы, полученные на основе терморасширенной окиси графита и восстановленной окиси графита. Показано, что материалы на основе терморасширенной окиси графита практически не поглощают озон в широком температурном интервале ( -20 - +900С), в то время как материалы на основе восстановленной окиси графита интенсивно присоединяют озон, что приводит к улучшению их электрофизических характеристик. Проведен поиск оптимальных температурных режимов озонирования. Наилучшими свойствами обладают материалы, обработанные в температурном интервале 30 - 600С. Показано, что при температурах 700С и выше происходит «выгорание» материала, приводящее к уменьшению массы образца. (ИБХФ РАН, Разумовский С.Д., Подмастерьев В.В., Константинова М.Л., Мадюскина Л.Л.) 15. В рамках проекта «Разработка интумесцентного антипирена для строительных материалов и изделий из древесины и целлюлозы» разрабатывается технология приготовления и применения интумесцентных антипиренов на основе окисленной смеси древесной муки и риса для конструкционных строительных материалов и изделий из древесины и целлюлозы (древесно-стружечные и древесноволокнистые плиты, деревянные панели, доски, фанера) с целью придания им огнестойкости и расширения областей их применения в строительстве и производстве изделий общегражданского назначения, за счет сохранения прочностных и горючих характеристик конструкционных изделий из древесины на протяжение длительного времени эксплуатации на открытом воздухе. В ходе проведенных исследований установлен интумесцентный характер поведения разработанного антипирена, согласно которому термический нагрев приводит к образованию в структуре древесины и на ее поверхности пенококса, который препятствует процессу горению за счет резкого снижения тепло- и массообмена между пламенем и поверхностью древесины. Синтезированный из возобновляемого сырья антипирен предлагается использовать для обработки конструкционных и строительных материалов из древесины, с целью придания им в зависимости от состава и способа обработки 1-ой или 2-й группы огнезащитной эффективности, а также сохранения огнестойкости и прочностных характеристик при многолетних условиях эксплуатации на открытом воздухе. По результатам испытаний подготовлена заявка на патент: «Антипирен для огнезащитной обработки изделий из древесины и способ огнезащитной обработки изделий из древесины». (ИБХФ РАН, ООО «НТЦ Татнефть», Ломакин С.М., Сахаров П.А., Хватов А.В.) 16. Разработана комплексная антипиреновая добавка для стандартных полиэфирных смол с целью повышения огнестойкости, состоящая из окисленной древесной муки, гидроксида алюминия и полифосфата аммония, которая в ходе испытаний на горючесть продемонстрировала синергетический эффект улучшения огнезащитных свойств полиэфиров. Сравнительный анализ показателей горючести образцов полиэфирной смолы, содержащих традиционные антипиреновые добавки гидроксида алюминия, полифосфата аммония, а также комплексные тройные антипиреновые добавки, состоящие из антипиреновой добавка на основе окисленной древесной муки гидроксида алюминия и полифосфата аммония, показал неаддитивное (синергетическое) улучшение огнезащитных композиций при использовании тройных композиций антипиренов. При этом показатели горючести всех отдельных антипиреновых добавок хуже, чем для двойных и тройных композиций антипиренов, что достигается за счет совместных термохимических превращений в процессе высокотемпературного пиролиза и горения. По результатам испытаний подготовлена заявка на патент «Полиэфирное связующее пониженной горючести» Варфоломеев С.Д., Ломакин С.М., Сахаров П.А., Хватов А.В, Луканина Ю.К., Коверзанова Е.В., Шилкина Н.Г., Миних А.А., Савосин С.И., Дементьев С.А. Заявка №2017138120 от 01.11.2017, патентообладатели: ИБХФ РАН, НТЦ Татнефть, ПАО Татнефть). 17. Разработана аэропонная технология культивирования каучуконосных растений (кок-сагыз, Taraxacum kok-saghyz) и разработаны условия выращивания кок-сагыза методом аэропоники. Впервые сконструированы и изготовлены не имеющие аналогов два аэропонных фитотрона, с автоматическим поддержанием всех необходимых условий выращивания растений. Создано программное обеспечение для управления технологическими параметрами выращивания растений.(ИБХФ РАН, Мартиросян Ю.Ц., Гольдберг В.М., Америк А.Ю. Солевева А.И., Мартиросян Л.Ю., Рязанцев Д.А., Беликова Л.Н.; ООО «НТЦ Татнефть») 18. В рамках развития методов исследование молекулярного строения объектов природного (нефть, гумус) и космического происхождения (метеориты, лунный грунт) разработаны подходы для экстракции и последующего анализа методом масс-спектрометрии высокого разрешения природного органического вещества различного происхождения. Получена информация о молекулярном составе богатых органическим веществом почв и каустобиолитов, торфов, углей и нефтей различного происхождения. Впервые изучен широкий профиль органических вещества из образцов кернов-лагерштеттов (уникальные захоронения древнейшей фауны), извлеченных на Кольском полуострове. Решена важная задача определения структурных фрагментов индивидуальных компонентов сложных систем, в частности, кислородных функциональных групп в составе твердых ископаемых, определяющих их кислотный характер. (ИБХФ РАН, Костюкевич Ю. Кононихин А.С. Попов И.А. Николаев Е.Н.; Работа выполнена в сотрудничестве с Химическим факультетом МГУ (проф. Перминова И.В.), Институтом проблем нефти и газа РАН, Объединённым институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН), МФТИ, Сколково, ИНЭПХФ РАН. 19. С целью создания новых малоинвазивных методов для мониторинга состояния пациентов разработано специализированное устройство для сбора конденсата выдыхаемого воздуха (КВВ) новорожденных, находящихся на искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Впервые исследован состав белков и метаболитов в конденсате выдыхаемого воздуха (КВВ) и протеом мочи недоношенных младенцев с различными дыхательными патологиями. На основе полученных результатов создана уникальная база данных белков и метаболитов (119 белков и 164 метаболитов) входящих в состав КВВ новорожденных, которая включает потенциальные биомаркеры наиболее часто встречающихся дыхательных патологий: врожденная пневмония, транзиторное тахипноэ новорожденных, респираторный дистресс синдром. Предложен неинвазивный подход для мониторинга состояния новорожденных путем анализа КВВ. Результаты работы отмечены премией Правительства Москвы для молодых ученых в номинации «Фармацевтика, медицинское оборудование и материалы». (ИБХФ РАН, Кононихин А.С, Стародубцева Н.Л., Индейкина М.И.Попов И.А., Николаев Е.Н. Работа выполнена совместно с МФТИ, ИНЭПХФ РАН, ФГБУ «НМИЦ АГП им. В.И. Кулакова» Минздрава России. 20. Разработан и оттестирован «Экспериментальный образец мобильного фликкер-фотометра для диагностических неинвазивных измерений оптической плотности желтого пятна сетчатки». На основе устройства может быть создана технология массового профессионального отбора лиц с высоким уровнем зрительного различения малозаметных объектов. (ИБХФ РАН, академик Островский М.А., Зак П.П.) 21. С целью создания новых материалов для изделий медицинского назначения разработаны составы материалов и структуры изделий медицинского назначения (катетеров) на основе смесей термоэластопластов (ДСТ), поли-3-гидроксибутирата с наполнителями ПАВ с применением растворной технологии. Проведены испытания стойкости к воздействию агрессивных сред и бактериальной среде. Полученный материал является новым. При этом отработана технология получения многослойного и полифункционального покрытия для медицинских приборов. Данный материал может применяться в медицине для производства катетеров. Получен патент РФ на изобретение. (ИБХФ РАН, Шибряева Л.С., МТУ (МИТХТ им. Ломоносова): Люсова Л.Р.,Ильин А.А. 22. С целью изучения контролируемой пероральной доставки незаменимых для здоровья нутрицевтиков (эссенциальных омега-3 полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) и фосфолипидов) в организм человека разработана методика проведения ферментативного гидролиза (переваривания) биополимерных систем доставки, включающих смешанные с эссенциальными ПНЖК липосомы фосфатидилхолина и мицеллы лизофосфатидилхолина, в модельных условиях желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) in vitro. В качестве биополимерных наноконтейнеров были использованы такие молочные белки, как казеинат натрия и сывороточные белки молока (нативные и частично термоденатурированные). Отработаны методы эффективного разделения (экстракции, высаливания) липидов, инкапсулированных биополимерами и высвобождающихся на каждой стадии (ротовая полость, желудок, тонкий кишечник) модельного переваривания. Разработанные методы позволят наиболее точно проводить исследования биодоступности нутрицевтиков, инкапсулированных биополимерами, в ЖКТ in vitro. (ИБХФ РАН, Антипова А. С. Зеликина Д. В. Семёнова М. Г. 23. Разработаны новые виды высокоэффективных тандемных солнечных элементов (ТСЭ) для эксплуатации в условиях низкой солнечной радиации и рассеянного освещения в средних и северных широтах Российской Федерации. С целью оптимизации параметров ТСЭ всесторонне изучены структурные, микроскопические и фотовольтаические характеристики ТСЭ различных конфигураций, включая тандемные системы следующих видов: (1) DSC/c-Si (dye-sensitized solar cell/кремниевый СЭ), (2) PSC/с-Si (perovskite solar cell/с-Si) и (3) DSC/PSC. Разработана измерительная система и проведен мониторинг работы полученных ТСЭ в естественных условиях на открытом воздухе. Полученные данные указывают на высокие перспективы применения тандемных систем для эффективной работы в условиях средней полосы России. (ИБХФ РАН, Шевалеевский О.И., Алексеева О.В., Вильданова М.Ф., Козлов С.С., Ларина Л.Л., Никольская А.Б.) 24. Разработаны технологии получения наноструктурированных фотоэлектродов для солнечных элементов. С использованием полученных фотоэлектродов в условиях высокой влажности на открытом воздухе (ambient conditions) сконструирована и изучена серия высокоэффективных перовскитных солнечных элементов (ПСЭ). Установлены оптимальные параметры структуры, состава и морфологии фотоэлектродов, которые позволяют достичь в ПСЭ максимальных значений эффективности преобразования солнечной энергии в электричество (КПД). Сконструирован стенд для определения эффективности ПСЭ в условиях изменяемой освещенности 10–1000 Вт/м2. Изучены тенденции изменения характеристик различных типов ПСЭ от интенсивности и показана возможность управления эффективностью ПСЭ в условиях низкой освещенности за счет варьирования структурных, оптических и геометрических параметров фотоэлектродов. (ИБХФ РАН, Ларина Л.Л., Никольская А.Б., Шевалеевский О.И., Алексеева О.В., Вильданова М.Ф., Вишнев А.А., Козлов С.С., Цветков Н.А.) 25. Разработана технология получения и создан новый класс фотоэлектродов на основе восстановленного оксида графена TiO2/rGO для солнечных элементов типа GDSC (graphene dye-sensitized solar cell). Показано, что использование TiO2/rGO электрода (4% rGO) позволило на 30% повысить эффективность DSC элементов, до 12%, что является рекордным значением для GDSC фотопреобразователей. Разработан новый тип без-платиновых графен-содержащих наногибридных RuO2/rGO противоэлектродов для GDSC. Элементы GDSC на их основе показали высокие КПД преобразования солнечной энергии в электрическую, что открывают пути к менее затратному производству солнечных элементов за счет исключения из технологического процесса дорогостоящей платины. (ИБХФ РАН, Шевалеевский О.И., Алексеева О.В., чл.-корр. РАН Варфоломеев С.Д., Вильданова М.Ф., Вишнев А.А, Карягина О.К., Козлов С.С., Ларина Л.Л., Никольская А.Б., Цветков Н.А.). 26. Разработаны технологические приемы получения перовскитных солнечных элементов (ПСЭ) с эффективностью преобразования (КПД) более 12%. Проведено изучение процессов преобразования энергии и процессов переноса носителей зарядов. Проведены измерения фотоэлектриеских параметров характеристик методом диэлектрической спектроскопии. Разработана феноменологическая модель, которая описывает поведение спектральной зависимости генерируемого в ПСЭ фототока в зависимости от толщины слоя перовскита, длины диффузии носителей заряда, спектральной характеристики оптического поглощения слоя перовскита и спектральной зависимости его фотопроводимости. Полученные формулы позволяют описать поведение спектров генерируемого в ПСЭ фототока на основе экспериментальных значений фотопроводимости перовскитного слоя с учетом его толщины. (ИБХФ РАН, Шевалеевский О.И., Алексеева О.В., Вильданова М.Ф., Козлов С.С., Ларина Л.Л., Никольская А.Б.) 27. Разработаны и всесторонне исследованы солнечные элементы и солнечные панели нового поколения большой площади на основе металло-оксидных мезоструктур. Показано преимущество использования сенсибилизированных металлооксидных элементов и их низкая себестоимость при условии организации широкомасштабного производства. Проведены соответствующие экономические расчеты с учетом изменения современной конъюнктуры мирового рынка производства солнечных элементов. (ИБХФ РАН, чл.-корр. РАН Варфоломеев С.Д., Шевалеевский О.И., Алексеева О.В., Вильданова М.Ф., Вишнев А.А., Иванова В.М., Карягина О.К., Козлов С.С., Кузнецов Л.И., Ларина Л.Л. Никольская А.Б., Ширяев П.В.)