О Центре

Центр лазерной и информационной биофизики (ЦЛИБФ) создан приказом ректора от 14.05.2003 № 203 на основании решения ученого совета ОГУ (от 29 октября 2003 г., протокол № 7), в связи с необходимостью развития современных наукоемких технологий в биологии и медицине, базирующихся на фундаментальных исследованиях в области естественных наук, с учетом определяющей роли информационных, лазерных и наноскопических технологий в XXI веке.

ЦЛИБФ является структурным подразделением ОГУ, имеющим межфакультетский (общеуниверситетский) статус. Наиболее тесно деятельность Центра связана с физико-математическим, медико-физическим и естественнонаучным факультетами.

Положение о Центре лазерной и информационной биофизики

Научная, учебная и инновационная деятельность Центра является составной частью подготовки специалистов соответствующей направленности, в том числе — кадров высшей квалификации (кандидатов и докторов наук). ЦЛИБФ является базой практик (научно-производственной и преддипломной) студентов специальностей 010707 «Медицинская физика» и 010801 «Радиофизика и электроника».

Основная цель создания ЦЛИБФ — проведение фундаментальных научно-исследовательских работ с использованием лазерных нанотехнологий, методов физической оптики и спектроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, голографии, а также современных информационных технологий и нейросетевой методологии в молекулярной биологии, биохимии и биомедицине.

Цель проводимых в ЦЛИБФ исследований — предсказание и экспериментальное обнаружение новых эффектов, возникающих в биологических наноструктурах, оценка возможности использования этих эффектов в биотехнологиях, в синтезе надмолекулярных структур субмикрометрового диапазона и использовании лазерного излучения как фактора управления процессами в биосистемах.

Центр участвует в исследованиях, связанных с выяснением физико-химических основ механизма зрительного восприятия информации биосистемами, а также, в создании оригинальных ноу-хау для разработки технологий молекулярного уровня с лазерным управлением режимами, с перспективой дальнейшего использования этих технологий.

Кроме проведения фундаментальных исследований Центр выполняет прикладные работы отраслевого и межотраслевого характера, участвует в конкурсах проектов, занимается внедрением результатов исследований в практику, осуществляет координацию учебной и научно-исследовательской деятельности по своему профилю.

Научные исследования Центра финансируются за счет:

• ассигнований из бюджетов всех уровней,
• средств, получаемых от выполнения договоров,
• банковских кредитов, получаемых с согласия Минобразования России,
• фонда развития университета,
• внешних источников (пожертвований, различных фондов и др.).

Научная и научно-производственная деятельность Центра осуществляется за счет грантов государственных организаций, частных фондов — как отечественных, так и зарубежных.

Цель и направление деятельности

Основное направление деятельности — осуществление научно-исследовательских разработок в области лазерных биотехнологий, лазерной биомедицины, биоэлектроники и биофотоники, создание новых технологий, устройств отображения и записи информации на биомолекулярных носителях, исследование биофизических механизмов зрения, создание систем искусственного зрения и др.

В фундаментальном плане это направление тесно связано с межкафедральным научным направлением, уже сложившимся в ОГУ: «Лазероиндуцированные процессы в природных и синтезированных наноструктурах». Исследование нелинейных фотопроцессов в природных и искусственно созданных структурах субмикрометрового размера объединяет усилия физиков, химиков и биологов Оренбургского университета и активно разрабатывается в Центре лазерной и информационной биофизики.

Основная цель исследований — разработка методов исследования и диагностики биомолекулярных наноструктур, методов лазерного управления процессами в них с перспективой дальнейшего использования этих технологий в приложениях.

В ЦЛИБФ намечены исследования по направлениям:

1. Нелинейные фотопроцессы в коллоидных растворах биополимеров и транспортные процессы в биомембранах.
2. Голографическая запись и отображение информации в биополимерных средах. Мониторинг организации молекулярных биоструктур и создание режимов лазерного управления процессами в них.
3. Фотоиндуцированные биохимические процессы, перспективные для молекулярно-оптических датчиков и систем. Компьютерное моделирование молекулярных процессов и расчет электронной структуры биомолекул методами квантовой химии.
4. Процессы в биомолекулярных наноструктурах, перспективные для биомолекулярной наноэлектроники, а также важные для функционирования биосистем.
5. Биофизические проблемы зрения и системы искусственного зрения («искусственный глаз»).
6. Люминесцентная диагностика биосистем. Оптическая и сканирующая зондовая микроскопия биоструктур.

Задачи

В области фотоники нелинейных процессов в биоструктурах

1. Исследование особенностей оптической записи информации (в том числе — голографической) в слоях с ультрадисперсной структурой и нелинейным откликом светочувствительного компонента.
2. Исследование нелинейных фотореакций в пленках Ленгмюра-Блоджетт с внедренными молекулами люминофоров. Установление степени нелинейности кинетики процессов в атмосфере кислородсодержащего газа, тестирование реакций на магниточувствительность.
3. Исследование нелинейных фотореакций в мицеллярных системах: жидких и твердых растворах, при выделении мицеллярных агрегатов на планарные подложки.
4. Кинетика аннигиляционных реакций в ультрадисперсных средах. Получение ультрадисперсных порошков и суспензий биопрепаратов; приготовление систем, адсорбировавших активные молекулярные зонды.
5. Разработка моделей кинетики фотореакций в ультрадисперсных средах нанометрового масштаба, включая биоструктуры. Выявление особенностей кинетических режимов в наноструктурах. Исследование размерных и граничных эффектов.
6. Исследование генерации гармоник лазерного излучения в ЛБ-пленках и ультрадисперсных средах. Разработка методики использования эффекта генерации гармоник для изучения молекулярныхпроцессов в гетерогенных наноструктурах и ультрадисперсных системах и низкоразмерных планарных монослоях (силохромных сорбентах, растворах биополимеров).

В области мониторинга организации молекулярных наноструктур и лазерного управления процессами в них

1. Разработка технологий получения планарных и линейных гетероструктур нанометрового масштаба, а также ультрадисперсных порошков и суспензий (технология получения моно- и мультимолекулярных слоев методом Ленгмюра-Блоджетт, получение мицеллярных твердых и жидких растворов, а также выделение мицеллярных агрегатов на подложки).
2. Получение ультрадисперсных порошков и суспензий биопрепаратов с заданными характеристиками; получение пористых стекол и пористого кремния; выращивание кристаллитов в стеклообразных прозрачных матрицах.
3. Управление режимом молекулярных процессов в дисперсных системах методом лазерного теплового воздействия. Установление различий процесса управления для однородных и дисперсных (гетерогенных) систем. Разработка методики переключения режима реакции (с нелинейного на линейный), а также управляемой генерации синглетного кислорода методом лазерного обеднения населенности состояний сенсибилизаторов.
4. Управление режимом аннигиляционных реакций с участием парамагнитных (триплетных) возбуждений в дисперсных системах (биоколлоидах) методом воздействия на систему внешним магнитным полем. Установление различий процесса управления для однородных и дисперсных сред (гетерогенных систем).
5. Разработка методики лазерного подавления флуктуаций пропускания амплитудных динамических голограмм, записанных на ультрадисперсных материалах (бионосителях) с нелинейным откликом фотохромного компонента.
6. Разработка методики люминесцентно-оптического определения характеристик биополимерных растворов. Исследование процессов передачи энергии электронного возбуждения между молекулярными зондами, сорбированными на биополимерной цепи.
7. Исследование обратного влияния сенсибилизатора на эффективность фазовой голографической записи по фотохимическому механизму с участием синглетного кислорода.
8. Исследование процессов самоорганизации в системах фотовозбужденных молекул. Фотореакции в УФ-облученных тонких слоях.

В области разработки молекулярно-оптических датчиков на основе биосистем

1. Датчики давления и концентрации молекулярного кислорода на основе биополимерных субстратов. Разработка кислородопроницаемых покрытий для различных диапазонов давлений воздуха. Датчики на основе силохромных сорбентов с белковыми экранами.
2. Датчики температурных полей и локальные тепловые датчики. Развитие ранее предложенной оригинальной методики измерения нестационарных локальных температур люминесцентным методом.
3. Разработка датчика концентрации синглетного кислорода на основе эффекта разгорания замедленной флуоресценции молекулярных зондов. Развитие методов для случаев газовой и жидкой фазы.
4. Разработка методики измерения газопроницаемости (кислородопроницаемости) мембран, а также локальной концентрации кислорода в микрообъемах дисперсной фазы: мицеллах ПАВ, порах сорбентов и т. п.

В области фотоники биомолекулярных наноструктур и биомолекулярной наноэлектроники

1. Исследования молекулярного транспорта субстратов в глобулярных белках.
2. Разработка методов голографической записи информации на фотохромных молекулах биополимеров.
3. Решение проблем флуктуационной кинетики процессов в биоструктурах.
4. Исследования процессов переноса электрона и энергии возбуждения в белковых структурах (биофотоника бактериородопсина, оптическая память фоточувствительных материалов на основе хлорофилла, родопсина и энзимов, оптоэлектронные устройства на основе бактериородопсина).