Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН (ИБХФ РАН) создан на базе Отдела кинетики химических и биологических процессов Института химической физики им. Н.Н. Семенова и Института пищевых веществ РАН. Постановлением Президиума РАН № 227 от 13 декабря 1994 года с целью развития фундаментальных исследований физической сущности химических процессов в биологических и молекулярно-организованных химических системах.
Обладая удивительным даром научного предвидения, еще во второй половине XX века академик Н.Н. Семёнов предсказал перспективу слияния химической физики с биологией. Эстафетную палочку научного развития химической физики в биологическом направлении принял академик Н.М. Эмануэль. С тех пор, как говорил сам Николай Маркович, «я ни разу не изменил химии, разве что сильно дополнил ее сначала физикой, а затем биологией». Академик Н.М. Эмануэль мечтал иметь свой институт, отражающий специфику его научного призвания – кинетику в химии, биологии и медицине. Мечту Николая Марковича осуществили его ученики и последователи – 13 декабря 1994 года был создан Институт биохимической физики РАН, а 26 сентября 1995 года Постановлением Президиума РАН №198 от 26.09.1995 г Институту биохимической физики РАН было присвоено имя академика Н.М. Эмануэля.
В 2019 году нашему Институту исполнилось 25 лет! За это время Институт вырос и окреп, и вместе с Институтом сформировалось и успешно развивается новое научное направление – биохимическая физика. Все это является результатом поступательного развития мультидисциплинарных исследований, определяющих успех и прорывной характер достижений современной науки. Биохимическая физика – в высшей степени междисциплинарная область науки, включающая физические, химические, биологические аспекты изучения сложных биохимических и более сложных, чем простые молекулы, химических систем. В настоящее время биохимическая физика оформилась как самостоятельное, целостное и хорошо структурированное направление со своими концепциями и отличительными особенностями, которые открываются из-за взаимообогащения и «перекрестного опыления» химии, биологии, физики. Выдающийся ученый, основоположник супрамолекулярной химии, лауреат Нобелевской премии Жан-Мари Лен сказал: «Выделение понятий и создание для них терминов играет очень важную роль не только в оформлении новой области науки, но и в активизации творческого воображения исследователя. Для полета воображения бывает достаточно одного «волшебного», удачно подобранного слова. Удачный термин сам стимулирует развитие понятия». Все сказанное, безусловно, относится к биохимической физике. Таким образом, заложенный основателями Института потенциал развития успешно реализуется в настоящее время.
Структура Института биохимической физики им. Н.М. Эмануэля включает в себя 24 научные лаборатории, в том числе 3 лаборатории Отдела электрофизики органических материалов и наноструктур и лабораторию биосенсорных технологий на чипе Фонда перспективных исследований, созданную на базе Института, а также Центр магнитной спектроскопии, Центр рентгенодифракционного анализа, Центр коллективного пользования «Новые материалы и технологии» и Центр масс-спектрометрии РАН. В Институте работают 279 научных сотрудников, из них 1 академик РАН, 2 члена-корреспондента РАН, 52 доктора наук и 129 кандидатов наук.
В настоящее время в Институте можно выделить следующие важнейшие, активно развивающиеся направления современной биохимической физики:
Разработка новых биокатализаторов и биокаталитических систем, в том числе в виде иммобилизованных клеток микроорганизмов и водорослей, для ресурсосберегающих технологий получения органических соединений из биомасс, а также для нейтрализации токсических веществ, включая опасные продукты химической и биодеструкции супернейротоксикантов. Компьютерное моделирование сложных ферментативных реакций и функционирования полиферментных систем, необходимых для создания новых биотехнологических процессов.
Создание фундаментальных основ новых биокаталитических процессов получения биотоплив из возобновляемого сырья и комплексной переработки биомассы в газообразное и жидкое топливо. Разработка физико-химических методов получения высокооктановых биодобавок к топливам, в том числе на основе использования магнитоуправляемых нанокатализаторов. Фундаментальные исследования в области фотовольтаики, создание технологий инновационного производства высокоэффективных фотовольтаических нанопреобразователей солнечной энергии нового поколения на основе металлооксидных и перовскитных солнечных элементов. Накопители энергии на основе графена.
Синтез и исследование электрофизических свойств новых углеродных материалов и композитов на их основе, проводящих полимеров, создание радиозащитных и радиопоглощающих материалов, синтез и исследование органических фотопреобразователей, магнитных наноструктурированных материалов и перспективных накопителей электрической энергии, разработка конструкций биокомпозиционных материалов для медико-биологических применений.
Создание полимерных нанокомпозитов пониженной горючести, разработка принципиально новых (эко)полимерных материалов на основе природной биомассы, создание биоантипиренов на основе возобновляемого природного сырья, разработка экологически-безопасных антипиренов (интумесцентных антипиренов).
Разработка научных основ создания функциональных полимерных композиционных материалов с заданными свойствами, разработка биоразлагаемых полимерных композиций на основе синтетических и природных, модификация синтетических полимеров и, в первую очередь, полиолефинов с приданием им биоразлагаемых свойств, разработка принципиально новой, экологически безопасной, безрастворной механохимической технологии галоидирования эластомеров, разработка способа модификации ультратонких нетканых волокон биоразлагаемых полимеров (полигидроксибутирата, полилактида и их смесей), получение ультраволокнистого биополимерного материала (металлпорфиринового комплекса) с бактерицидным действием для создания биодеградируемых и биорезорбируемых средств дезинфекции и гигиены в медицинской практике.
Исследование процессов в биологических и биологически важных химических системах, протекающих с участием электронно-возбужденных состояний. Фотофизика и фотохимия биомакромолекул и биологических структур. Изучение физико-химических основ фотобиологических процессов, включая молекулярные механизмы зрительной рецепции. Разработка фото-, хеми- и биолюминесцентных методов исследования биологически активных соединений.
Исследование и создание новых нанокомпозитных метаматериалов, реализующих эффект гигантского комбинационного рассеяния, для биоаналитических целей. Исследование возможностей новых высокочувствительных биоэлектрокаталитических и оптических систем для биосенсоров. Поиск новых принципов и создание систем неинвазивного зондирования жизненно важных функций и патологических состояний организма. Исследование механизмов биоаналитических процессов и создание на этой основе сенсорных систем и материалов, ориентированных на высокочувствительное, экспрессное и мультиплексное определение и мониторинг концентраций биомакромолекул, метаболитов, ксенобиотиков, биологических агентов и загрязняющих веществ в организме человека и животных, окружающей среде, пищевых продуктах и сырье. Разработка высокоточных методов определение массовых, химических, структурных, оптических и каталитических характеристик отдельных биологически важных молекул. Разработка алгоритмов многопараметрического анализа аналитической информации и построение прогностических моделей.
Исследования структуры, свойств, функционирования и молекулярного полиморфизма биомакромолекул современными физическими методами и методами математического и квантово-механического моделирования биопроцессов с применением современных суперкомпьютеров. Исследование молекулярных и клеточных механизмов патогенеза, мутагенеза и канцерогенеза, включая развитие окислительного стресса в живых системах, как универсального источника патологий. Изучение механизмов и эффектов действия низкоинтенсивных физических и химических факторов на живые организмы (ионизирующая радиация, биологически активные вещества, экотоксиканты и др.). Комплексное изучение биоантиоксидантов, главным образом, с фармакологическим потенциалом и создание антиоксидантной фармакотерапии. Разработка новых лекарственных средств: противоопухолевых, противовоспалительных препаратов, нового поколения средств для офтальмологии и фотодинамической терапии. Создание новых методов клинической диагностики. Анализ метаболических процессов головного мозга в норме и патологии методами магнитно-резонансной спектроскопии. Тканевая инженерия.
Исследование структурных, термодинамических и кинетических аспектов взаимодействий в полифункциональных многокомпонентных системах биополимеров, разработка физико-химических и ферментативных подходов к рациональному фракционированию растительного сырья для получения ингредиентов функционального и лечебного питания. Создание научных основ для разработки широкой гаммы природных эмульгаторов и стабилизаторов нового поколения, а также систем доставки с легко варьируемыми составом и структурой на основе пищевых белков для пищевой и фармацевтической промышленности. Разработка методов получения высоко растворимых композиционных ингредиентов на основе пищевых биополимеров и растительных антиоксидантов для обогащения продуктов питания незаменимыми полиненасыщенными жирными кислотами (омега-3 и омега-6). Создание методологии исследования нативных крахмалов различной полиморфной структуры и прогнозирование использования крахмалов в разнообразных пищевых системах. Изучение природы химических изменений в пищевых продуктах при их хранении и технологической обработке.
