Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН

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.

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.

В 2024 году была издана книга «Биохимическая физика сегодня» - сборник обзорных статей, охватывающих различные грани биохимической физики, области знания о физической природе химических процессов в биологических и молекулярно-организованных системах.

Структура Института включает в себя 26 научных подразделений. В составе Института работает Центр коллективного пользования «Новые материалы и технологии» и действуют диссертационные советы.

В Институте 298 научных сотрудников, из них 1 академик РАН, 1 член-корреспондент РАН, 59 докторов наук и 159 кандидатов наук.

Стратегические направления института

В настоящее время в Институте можно выделить следующие важнейшие, активно развивающиеся направления современной биохимической физики:

• Биокаталитические технологии
• Новые ресурсосберегающие и природоподобные технологии для энергетики
• Новые композиционные материалы на основе полимеров, биомакромолекул, наноматериалов и методы исследования их свойств
• Биохимическая фотоника
• Физико-химические основы высокочувствительных биоаналитических процессов, новые сенсорные материалы и нанофотоника
• Медико-биологические технологии
• Полифункциональные композиции для пищевых продуктов
• Использование современных методов компьютерного моделирования, в том числе методов искусственного интеллекта для исследования структуры и свойств наноматериалов
• И др.

Биокаталитические технологии

• 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.
• И др.

Новые ресурсосберегающие и природоподобные технологии для энергетики

• 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.

Новые композиционные материалы на основе полимеров, биомакромолекул, наноматериалов и методы исследования их свойств

• 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 биоразлагаемых полимерных композиций на основе синтетических и природных молекул, 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.
• И др.

Биохимическая фотоника

• 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.
• И др.

Физико-химические основы высокочувствительных биоаналитических процессов, новые сенсорные материалы и нанофотоника

• 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.
• И др.

Медико-биологические технологии

• 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.
• 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.
• И др.

Полифункциональные композиции для пищевых продуктов

• 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.
• Разработка 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.
• И др.

Использование современных методов компьютерного моделирования, в том числе методов искусственного интеллекта для исследования структуры и свойств наноматериалов

Решение фундаментальных задач, находящихся на стыке физики, химии и биологии. Использование современных вычислительных методов компьютерного материаловедения, таких как квантово-химические методы, эволюционные алгоритмы, методы машинного обучения и искусственного интеллекта для решения следующих задач:

• Предсказание наноматериалов низкой плотности для различных применений
• Исследование процессов имплантации низкоразмерных наноматериалов
• Предсказание 0D/2D гетероструктур для фотоники, сенсорики и катализа
• Разработка аналитических моделей и алгоритмов на основе нейросетей для эффективного описания связи между структурой и свойствами
• Дизайн низкоразмерных наноматериалов для искусственного фотосинтеза
• И др.