25.01.2023 (13:00) Семинар ИОФ РАН "Актуальная физика", № 4

1. Белов С.В. (1), Данилейко Ю.К. (1), Гудков С.В. (1), Егоров А.Б. (1), Луканин В.И. (1), Цветков В.Б. (1), Алтухов Е.Л. (2), Петрова М.В. (2), Яковлев А.А. (2), Османов Э.Г. (3),

На конкурс представлена статья:
Belov S.V., Danilejko Y.K., Gudkov S.V., Egorov A.B., Lukanin V.I., Tsvetkov V.B., Altukhov E.L., Petrova M.V., Yakovlev A.A., Osmanov E.G., Dubinin M.V., Kogan E.A., Seredin V.P., Shulutko A.M. "Activation of Tissue Reparative Processes by Glow-Type Plasma Discharges as an Integral Part of the Therapy of Decubital Ulcers" Appl. Sci. 12, 8354 (2022)
https://doi.org/10.3390/app12168354

Аннотация
В результате исследований разработан новый метод активации репаративных процессов (РП) разрядами холодной плазмы и аппаратура для его реализации, созданные в ИОФ РАН. Экспериментально определены оптимальные параметры ВЧ-тока для генерации разрядов плазмы в электролитном матриксе ткани, обоснован механизм активации РП и создан  специализированный генератор для реализации метода. Показано, что в основе процесса активации лежит воздействие сильных электрических полей и явление электропорации липидных оболочек клеточной структуры тканей. Апробация аппаратуры и оценка эффективности метода проводились в Федеральном научно-клиническом центре реаниматологии и реабилитологии РАН в рамках соглашения об НТС. В представленной работе приведены результаты клинического исследования комплексного лечения пролежневых язв с использованием метода активации РП в тканях разрядами холодной плазмы, инициируемой током высокой частоты. Активация проводилась специализированным устройством, генерирующим разряды холодной плазмы на частотах 0,11, 2,64 и 6,78 МГц. Показано, что процесс активации в кожных и мышечных тканях зоны пролежней протекает наиболее эффективно при использовании тока частотой 6,78 МГц по сравнению с токами частотой 2.64 и 0,11 МГц. Для игольчатого электрода диаметром 0,3 мм оптимальные параметры воздействия составляли: мощность – (5,01,5) Вт, время – (2,0 – 3,0) с. Результаты анализа гистологических проб, гистохимический и бактериологический анализ подтвердили эффект и показали динамику процесса активации РП в тканях пролежневой раны под действием разрядов холодной плазмы и снижения микробной обсемененности. Наиболее выраженный эффект активации формировался в период от 14 до 21 дня. Эффективность терапии методом активации РП разрядами холодной плазмы по критерию скорости заживления раны, составила от 14 до 16 % в зависимости от этиологии пролежневой раны. Показано, что активация РП тканей разрядами плазмы тлеющего типа как составная часть терапии декубитальных язв является эффективным звеном в комплексном лечении пролежней.

2. Красиков К.М. (1), Азаревич А.Н. (1), Богач А.В. (1), Шицевалова Н.Ю. (2), Филипов В.Б. (2), Случанко Н.Е (1)
(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва
(2) Институт проблем материаловедения имени И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, Украина
Анизотропия намагниченности в антиферромагнетике ErB 12 с динамическими зарядовыми страйпами

На конкурс представлена статья:
Krasikov K.M., Azarevich A.N.,  Bogach A.V., Shitsevalova N.Yu., Filippov V.B., Sluchanko N.E. "Magnetization Anisotropy in ErB 12 Antiferromagnet with Dynamic Charge Stripes" J. Magnetism and Magnetic Materials 563 170011 (2022)
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2022.170011

 
Аннотация:
В представляемой на конкурс работе детально изучена магнитная анизотропия и впервые построена 3D (H-φ-T) диаграмма намагниченности в антиферромагнитном (АФ) металле Er11B12 со сложной амплитудно-модулированной магнитной структурой и электронной неустойчивостью (динамические зарядовые страйпы) при низких температурах.
Магнитные измерения, выполненные коллективом авторов в ИОФ РАН с высокой абсолютной точностью (~0.2%), установили, что (i) изменение знака магнитной анизотропии с ростом магнитного поля Н в узкой окрестности направления [100] в кристалле связано с появлением ферромагнитной компоненты в АФ-состоянии Er 11 B 12 ; (ii) картина 3D намагниченности определяется магнитными фазовыми переходами между различными магнитоупорядоченными фазами, разделенными радиальными и круговыми границами; (iii) уменьшение намагниченности вдоль ряда направлений обусловлено сильными магнитными флуктуациями в (H-φ) и (T-φ) плоскостях вблизи радиальных фазовых границ, которые появляются вследствие электронных неоднородностей наномасштаба - динамических зарядовых страйпов. Проведенный авторами анализ показал, что обнаруженная в АФ-фазе Er 11 B 12 в  плоскости Н//(110) магнитная анизотропия в форме «бабочки» не может быть объяснена одноионной магнитокристаллической анизотропией иона Er 3+ .

3. Власов  И.И. (1), Ромшин А.М. (1), Осипов А.А. (2), Попова И.Ю. (2), Цееб В.Э. (2),  Синогейкин А.Г. (3)

(1) Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва
(2) Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино
(3) OOO Вандер Технолоджис, Москва
Тепловыделение изолированных из мозга мышей митохондрий, измеренное алмазным термометром

На конкурс представлена статья:
Romshin A.M., Osypov A.A., Popova I.Yu., Zeeb V.E., Sinogeykin A.G., Vlasov I.I. "Heat release by isolated mouse brain mitochondria detected with diamond thermometer" Nanomaterials 13, 98, (2022)
https://doi.org/10.3390/nano13010098

 
Аннотация:
Впервые, с помощью алмазного микро-термометра достоверно выявлено существование значительных градиентов температуры (десятки градусов) вблизи/внутри изолированных митохондрий мозга мыши, находящихся в физиологической экспериментальной водной среде при фиксированной температуре в 23 о С. Полученные результаты проясняют биохимический парадокс - вопрос о том, почему все ферментативные системы итохондрии оптимизированы для температуры порядка 50 градусов Цельсия, в то время как обычные температуры функционирования живых клеток значительно ниже. В плане фундаментальной научной значимости представленные исследования однозначно свидетельствуют в пользу гипотезы о том, что живая клетка способна осуществлять ультралокальный термический процессинг для широкого спектра своих структурных, биохимических и электрофизиологических явлений. Эта гипотеза обсуждается с середины прошлого десятилетия, предполагая существование внутри живой клетки эндогенных температурных градиентов на микро и наномасштабах (Thermal Signaling Concept), однако ультра-локальный термодинамический след биохимических, электрических и структурно-динамических процессов в микро/нано компартментах живой клетки не был до сих пор достоверно выявлен. В плане социальной значимости полученные результаты крайне важны для выяснения механизмов, лежащих в основе нарушения температурной регуляции человека в нормальных условиях и при патологиях, таких как нарушения центральной нервной системы, напрямую зависящие от функционального состояния митохондрий. Научная новизна исследования заключается в том, что что впервые получены экспериментальные доказательства существования внутри живой клетки, в ее отдельных наноскопических структурах (митохондриях) локальных пиковых температур в десятки градусов. Прогресс в методическом подходе, представленном в нашей работе, открывает абсолютно новое окно возможностей для клеточной физиологии - изучение термодинамических явлений внутри живой клетки.

4.  Пименов С.М. (1), Заведеев Е.В. (1), Арутюнян Н.Р. (1), Ягги Б.  (2), Ноеншвандер Б. (2)

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН, Москва
Синхронно-накачиваемый антистоксов комбинационно-параметрический лазер на кристалле CaMoO4

На конкурс представлена статья:
С.Н. Сметанин, Д.П. Терещенко, А.Г. Папашвили, Е.В. Шашков, М.Д. Лапина, В.E. Шукшин, К.А. Субботин, Д.А. Лис,  Титов А.И. "Синхронно-накачиваемый антистоксов комбинационно-параметрический лазер на кристалле

CaMoO4" Квантовая электроника 52 (10) 899-905 (2022)
https://www.mathnet.ru/rus/qe18132

 
Аннотация:
Экспериментально реализован предложенный нами ранее метод выделения генерации одиночного ультракороткого импульса излучения комбинационно-параметрического лазера, генерирующего в режиме синхронизации продольных мод резонатора, не требующий использования высоковольтных электрооптических устройств. Данный метод имеет значимость для создания задающих лазерных генераторов узкополосных одиночных ультракоротких импульсов излучения при их спектральном позиционировании на длинах волн, отличающихся от длины волны основного лазерного излучения. Метод имеет преимущество перед параметрической генерацией света в квадратично-нелинейных кристаллах благодаря обеспечению узкополосной генерации. В настоящей работе осуществлен научно обоснованный выбор активной среды антистоксова комбинационно-параметрического лазера. Выбран, синтезирован и охарактеризован комбинационно-активный кристалл CaMoO 4 , обладающий двулучепреломлением, оптимальным для коллинеарного фазового синхронизма стокс-антистоксова комбинационно-параметрического четырехволнового взаимодействия, нечувствительного к угловой расстройке при ориентации под углом синхронизма (71 о ). При использовании данного активного кристалла впервые осуществлена генерация синхронно-накачиваемого антистоксова комбинационно-параметрического лазера. Определены условия генерации одиночного ультракороткого антистоксова импульса с длиной волны 973 нм под действием внутрирезонаторной синхронной накачки пикосекундным (17 пс) ИАГ:Nd 3+ -лазером (1064 нм) с пассивной синхронизацией продольных мод лазерного резонатора. При энергии цугов импульсов основного (1064 нм) и стоксова (1174 нм) излучений 161 и 83 мкДж соответственно получены одиночные антистоксовы импульсы (973 нм) с энергией 9 мкДж, длительностью 9 пс и шириной спектра излучения менее 0.4 нм.