Премия RUSNANOPRIZE - За что вручена Премия

В 2010 году Международная премия в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE по направлению «Нанодиагностика» присуждена профессору Льву Абрамовичу Фейгину (главному научному сотруднику Института кристаллграфии РАН, Россия) и Д.И. Свергуну (Руководителю группы Европейской молекулярно-биологической лаборатории, Германия) за создание новой области применения рентгеновских лучей: определение структуры вещества в области наноразмеров с помощью рентгеновского малоуглового рассеяния.

Ими обоснована такая возможность, экспериментально подтверждена она в ряде пионерских экспериментов. Разработаны вычислительные методы решения обратной задачи рассеяния в рентгеновском малоугловом рассеянии и проведены тонкие структурные определения с помощью синхротронного излучения.

Основные принципы метода отражены в научных работах Л.А.Фейгина «Об упаковке дезоксирибонуклеиновой кислоты внутри головок бактериофагов Д7, Т2, Сд» (Биофизика, т.10, №3,1965) и Д.И.Свергуна «Строение бактериофага Т7 по данным рентгеновского малоуглового рассеяния» (Доклады АН СССР, т. 255. №6, 1980).

Выдвинута идея о возможности определения формы и строения макромолекул по данным рентгеновского малоуглового рассеяния. Реальность осуществления ее была экспериментально доказана на примере ряда белковых молекул и вирусов. Впервые было расшифровано строение бактериального вируса – бактериофага Т7 в нативном состоянии: прецизионно определена форма вирусной частицы (октаэдр с ребром 60 нм с отростком и сферическое ядро ДНК диаметром 30 нм. Предложено и реализовано решение – создан первый образец лабораторного рентегновского автоматического малоуглового фрактометра и разработан комплекс алгоритмов и вычислительных программ для обработки экспериментальных данных (синхротронных и лабораторных) рентгеновского малоуглового рассеяния. Эти программы обеспечивают также восстановление формы и внутреннего строения биомолекул и других размерных характеристик нанообъектов. Эти работы Л.А. Фейгина Д.И. Свергуна заложили основу современного метода рентгеновского малоуглового рассеяния для нанодиагностики.

Также наградной символ Премии получит компании Hecus X-ray Systems Gmbh (Австрия) за серию пионерских разработок ренгеновской малоугловой аппаратуры, позволивших широко применять метод рентгеновского малоуглового рассеяния для нанодиагностики широкого класса наноматериалов во многих технологических и исследовательских центрах.

С 1993 года компания выпускает измерительные приборы High Brilliance SAXS/SWAXS/GISAXS, осуществляет интеграцию со сканирующей микрокалориметрией, приспособлениями под высоким давлением (гидростатическим и\или газовым) газовой сорбцией SAXS.

С 1993 по 2005 годы общий объем продаж систем SWAXS и электроники компании составил около 10 млн. евро, а в период с 2006 по 2010 годы - около 8 млн. евро.

О методе: Малоугловое рентгеновское рассеяние - дифракционный метод исследования надатомной структуры вещества при упругом малоугловом рассеянии рентгеновского излучения на неоднородностях вещества, размеры которых лежат в нанометровом диапазоне.

Малоугловое рентгеновское рассеяние является хорошо известным аналитическим методом анализа наноразмерных структур. Находит широкое применение как в научных исследованиях материалов, так и рутинной характеризации материалов в течение процесса его производства или обработки.Этот метод подходит для анализа наноструктур, присутствующих в различных видах образцов: от жидкостей (например, поверхностно-активные вещества, растворы белков) до твёрдых тел (например, полимерные плёнки, нанокомпозиты). Метод позволяет получить очень важную информацию наряду с другими физико- и физико-химическими методоами изучения структуры. Он приносит точность в научные исследования и надёжность в промышленный анализ.

Образцы могут быть твёрдыми телами или жидкостями, содержащими наноразмерные домены (частицы) другого вещества. Эти домены могут быть твёрдыми, жидкими и даже газообразными в диапазоне размеров от 1 нм до 100 нм.

При проникновении рентгеновских лучей в такие материалы происходит их рассеивание на границе поверхностях раздела с наноструктурной фазой. Это даёт профиль рассеяния (зависимость интенсивности излучения от угла рассеяния), специфичный для данной структуры.

Наноразмерные частицы и домены рассеивают в области малых углов, менее 30 градусов. Профиль рассеяния позволяет получить важную информацию о структурных особенностях наноразмерных элементов (размер и форме, фазовый состав, ориетация и распределение).

Атомные и межатомные расстояния рассеивают в области больших углов. Полученный профиль широкоуглового рассеяния даёт информацию о кристаллической решетке атомной или молекулярной структуры, фазовом составе.

Метод малоуглового рентгеновского рассеяния прецизионный и не требует особых ресурсных затрат при его выполнении. Он также не является деструктивным по отношению к образцу, а его пробоподготовка очень проста. Более того, метод позволяет исследовать процессы образования упорядоченной молекулярной структуры в режиме реального времени. Такие взаимодействия приводят к самосборке и изменению структуры в макромасштабе, на этом часто основаны свойства материала или биологические процессы.

Характерные приложения для метода:

- Размеры и форма наноразмерных элементов,

- Внутренняя струтктура, фазовый состав- Отношение величины поверхности к объему, пористость

- Молекулярный вес, число агрегации

- Степень кристалличности

- Распределение частиц по размерам

Объекты исследования:

- Самоорганизующиеся ПАВ-системы, микроэмульсии- Молекулярная биология (белки, вирусы, комплексы ДНК, липидные мембраны и т.д.)

- Исследования полимеров и волокон

- Катализаторы (определение поверхности на единицу объёма)

- Бетон, каменный уголь и другие аморфные твёрдые тела

- Сплавы