Задачи: проведение экспериментов ЯМР/ХПЯ с переключением поля и обработка полученных данных; компьютерное моделирование процессов спиновой динамики как при помощи существующих программ, так и создание новых алгоритмов на языке Matlab/Phyton/… ; разработка и создание экспериментальных установок на основе ЯМР спектрометров. Возможен выбор приоритетного направления деятельности.
Особенности работы:
- Небольшой коллектив лаборатории фотохимических радикальных реакций МТЦ СО РАН – менее 10 человек, из них половина до 39 лет.
- Современное оборудование – импульсные ЯМР спектрометры, лазеры, компактные светодиоды, 3D-принтеры, мини-мастерская. Необходимое лабораторное оборудование для приготовления разнообразных образцов. Две полностью автоматизированные, уникальные по рабочим параметрам установки ЯМР высокого разрешения с переключением поля от 10 нТл до 9.4 Тл и от 4 мТл до 16.44 Тл.
- Финансирование из средств планируемого гранта РНФ на исследования фотоиндуцированных реакций на 2025-2028 годы; По схожей тематике имеется действующий грант РНФ 2023-2026.
Химическая поляризация ядер (ХПЯ) – эффект формирования неравновесной поляризации (гиперполяризации) ядерных спинов в результате рекомбинации спин-коррелированной радикальной пары (СКРП). СКРП образуются, в том числе, в ходе реакции фотоиндуцированного переноса электрона. В молекулах, содержащих донорный и акцепторный фрагменты внутримолекулярный перенос электрона приводит к формированию бирадикалов, при этом неспаренные электроны СКРП остаются связанными диполь-дипольным и обменным взаимодействием (Jex). Эта реакция нередко встречаются как в природных, так и в искусственных объектах. Её примеры - фотосинтез, биохимические процессы в живых организмах, а также фотоиндуцированные процессы в материалах для фотовольтаики и спинтроники. Такие процессы изучают различными спектроскопическими методами; главным образом используют оптическую спектроскопию с временным разрешением и электронный парамагнитный резонанс (ЭПР). Однако полученные этими методами данные часто допускают неоднозначную интерпретацию. Например, по оптическим спектрам бывает трудно отличить СКРП от возбуждённого триплетного состояния или эксиплекса.
Методы, основанные на эффекте ХПЯ позволяют использовать широкие возможности современного импульсного ЯМР высокого разрешения для изучения бирадикалов, таким образом давая информацию о магниторезонансных параметрах и о распределении спиновой плотности с атомным разрешением. При этом, эффект ХПЯ возникает только в ходе рекомбинации СКРП, таким образом сам факт наблюдения эффекта подтверждает её формирование. Немаловажно, что в бирадикалах в слабом поле B=2|Jex| за счёт ХПЯ создаётся сильная гиперполяризация ядерных спинов. Благодаря этому значительно повышается чувствительность метода и ускоряется проведение экспериментов.
В лаборатории фотохимических радикальных реакций МТЦ СО РАН накоплен передовой опыт работы с неравновесными системами ядерных спинов различных типов в многократно переключаемых магнитных полях. Гиперполяризация ядер достигается не только за счёт ХПЯ, но и методами индуцированной параводородом поляризации ядер (ИППЯ). Помимо развития и применения методик на основе гиперполяризации ядер, в лаборатории развиваются такие актуальные направления исследований, как: методы эффективного переноса поляризации между ядрами различных изотопов, создание долгоживущих состояний ядерных спинов и изучение их релаксационных свойств, новые высокочувствительные методы определения малых констант связывания малых молекул с белками, определение релаксивности (эффективности) новых контрастных агентов для МРТ. Широко используются методы автоматизации проведения рутинных экспериментов. Ведётся сотрудничество с другими институтами РАН в Новосибирске, Пущино, и Москве, с зарубежными партерами их университетов Лейпцига и Вюрцбурга (Германия); возможны командировки и стажировки.

Требуется студент или аспирант в Лабораторию ЭПР спектроскопии МТЦ СО РАН
для работы по проекту «Пористые жидкости: изучение структурных и функциональных свойств методами ЭПР», поддержанному грантом Российского Научного Фонда 24-13-00119 (2024-2026 + продление).
Ожидаемые характеристики: интерес и квалификация в области физической химии /химической физики, базовые знания в области магнитного резонанса, молекулярной
спектроскопии; готовность к экспериментальной работе и теоретическому анализу результатов.
Характер работы: эксперимент и теоретическая обработка данных, приготовление образцов.
Финансирование: из средств гранта РНФ с учетом успехов в работе.
Научный руководитель: Федин Матвей Владимирович, д.ф.-м.н., проф. РАН, с участием сотрудников лаборатории.
Преимущества работы в ЛЭПР @ МТЦ СО РАН:
- работа на современных спектрометрах в высокотехнологично оснащенной лаборатории;
- квалифицированное научное руководство и доброжелательный коллектив;
- высокорейтинговые научные публикации;
- конкурентоспособность при получении стипендий и молодежных грантов;
- успешные защиты дипломов и возможность досрочного выхода на защиту кандидатской диссертации.
Краткое описание научного исследования:
Дизайн, изучение и применение пористых жидкостей – новое направление в химии, активно развиваемое на протяжении последнего десятилетия [Nature 527 (2015) 216; Nature Chem. 12 (2020) 270; Nature Mater. 20 (2021) 1179 и др.]. Пористые жидкости (ПЖ) сочетают в себе такие функциональные свойства твердых пористых веществ как способность к сорбции, хранению и разделению газов, и, одновременно, проявляют текучесть, присущую жидкостям, и позволяющую реализовать ряд технологических процессов в потоке. Хотя на сегодняшний день получен ряд пористых жидкостей различного типа и состава, детальное изучение морфологии и свойств пор, а также механистических аспектов сорбции и разделения газов в пористой системе, проведено не было. Этот тип исследований затруднен, в частности, ограничениями стандартных физико-химических методов в применении к сложным (в том числе многокомпонентным) пористым жидким фазам.
В ЛЭПР МТЦ СО РАН развиваются методы Электронного Парамагнитного Резонанса (ЭПР) с использованием спиновых зондов (стабильных радикалов и других парамагнитных молекул) для детального изучения ПЖ. Данные методы никогда ранее не применялись к изучению ПЖ; однако в цикле работ под руководством М.В. Федина ЭПР спиновых зондов был успешно применен к изучению (1) ионных жидкостей и (2) твердых пористых сорбентов (металл-органических каркасов, МОК, и др.). Поскольку ПЖ сочетают в себе свойства (1) и (2), а многие ПЖ получают непосредственным смешиванием (1) и (2), синергия развитых подходов и их адаптация к изучению ПЖ позволят получить уникальную информацию о структурных и функциональных свойствах ПЖ на нанометровой шкале. Будут использованы комбинации стационарных и импульсных методов ЭПР, в результате выполнения проекта будет разработана и применена методология ЭПР для изучения ПЖ, получена уникальная информация о структурных и функциональных свойствах серии ПЖ, на основе которой будут сформулированы стратегии дизайна ПЖ для целевых приложений.

Яньшоле Вадим Владимирович, к.ф.-м.н.

Лаб. протеомики и метаболомики

1. Метаболомный анализ биологических тканей и жидкостей от пациентов с заболеваниями (диабетическими язвами, лимфедемой, катарактой и др.) с целью установить биомаркеры заболеваний или установить молекулярные механизмы их возникновения
2. Анализ метаболома биологических тканей позвоночных животных
3. Разработка нового метода обработки метаболомных ЯМР (ВЭЖХ-МС) данных с применением нейросетей

Работы в лаборатории связаны с исследованиями в области метаболомики – одной из самых молодых и бурно развивающихся отраслей пост-геномных наук. Метаболомика изучает малые (до ~1000 Дальтон) биологические молекулы в тканях и жидкостях человека и животных с помощью физико-химических методов – ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и хроматографии с масс-спектрометрическим детектированием (ВЭЖХ-МС). Важной частью работ также является применение и развитие статистических методов анализа «больших» данных и развитие сервера (базы данных) с результатами исследований. Ещё одно направление работ связано с развитием методов поиска сигналов в исходных ВЭЖХ-МС и ЯМР данных, основанных на нейросетях глубокого обучения. Результаты работ носят как фундаментальный, так и прикладной характер в области химических, биологических и медицинских исследований: механизмы возникновения ряда заболеваний человека, описание новых биологических молекул, эволюционные и экологические исследования.

Дипломная - бакалаврская

Боровков Всеволод Игоревич, д.ф.-м.н.

Лаб. Быстропротекающих процессов

1. Исследование первичных катион-радикалов в облученных поликристаллических углеводородах.

Все предлагаемые дипломные работы для получения степени бакалавра направлены на знакомство с рядом уникальных подходов к изучению структуры и динамики короткоживущих ион-радикальных состояний молекул в конденсированной среде, а также кинетики их реакций в наносекундном диапазоне времен. Работы проводятся на уникальном флуориметре, использующем для создания ион-радикалов короткие импульсы рентгеновского излучения. В основе применяемых методик лежат эффекты спиновой корреляции в первичных ион-радикальных парах в облученной среде в различных магнитных полях и особенности негомогенной кинетики рекомбинации таких пар. При проведении исследований планируется применение квантовохимических расчетов характеристик ион-радикалов и компьютерного моделирования внутритрековых процессов. После знакомства с основами экспериментальных и теоретических подходов возможно расширение тематики (например, исследование первичных поляронных пар в сопряженных полимерах и т.п.).

Дипломная - бакалаврская

Изучение спиновой селективности электронов и ядер в процессах фотоиндуцированного переноса электрона в L/D пептидах в присутствие и отсутствие внешних тушителей методами химической поляризации ядер и флуоресцентной спектроскопии.

Сегодня два основных вопроса, связанных с ролью хиральности в химии и биологии это установление изменений в структуре и свойствах белков и пептидов, происходящие при появлении в них D изомеров, и вообще роль оптической изомерии, в частности, в управлении проекциями электронных спинов. Будем исследовать оптическими методами и методами спиновой химии тушение возбужденного состояния аминокислот или пептидов и их участие в реакциях переноса электрона с партнерами в растворе и в составе донорно-акцепторных диад.

Дипломная - бакалаврская

Французов Павел Анатольевич, к.ф.-м.н., заведующий лабораторией теоеретической химии

1) Теоретические исследования необычные оптических свойств одиночных квантовых точек
2) Теоретические исследования оптических свойств перовскитов