Организация

• Учреждение РАН Институт физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН

Ключевые слова

микромеханика, микрофлюидика, нанодиагностика,наномеханика, нанофлюидика, системы доставки,функциональные наноструктуры

Область деятельности

• nanoscience
• soft condensed matter
• адгезия
• биополимеры
• компьютерное моделирование
• межфазные эффекты
• мембраны
• механика жидкостей и твёрдых тел
• микро- и нанофлюидика
• науки о материалах
• сенсорика
• систем доставки лекарств и генетического материала в клетку
• смачивание

Научные интересы

• Атомно-силовая микроскопия (дизайн, новые приложения, комбинация с оптическими методами)
• Биоматериалы, вирусы и живые клетки: механические, адгезионные и осмотические свойства
• Гидрофобные и супергидрофобные поверхности («интеллегентный» дизайн текстуры, гигантское скольжение, поперечные потоки, взаимодействия
• Измерения поверхностных сил (развитие методов, интерпретация)
• Конфокальная микроскопия, флуоресцентная корреляционная спектроскопия (кросс-корреляция, комбинация с атомно-силовым микроскопом, нановелосиметрия)
• Микро- и нанофлюидика (граничные условия, развитие методов, хаотические миксеры, электрокинетика)
• Мягкие поверхности (механические свойства микрооболочек, равновесные и динамические взаимодействия пузырьков и капель, упругие, вязко-упругие и пластичные поверхности, мембраны)
• Нанотрибология (трение, смазка, нанофлюидика, ионные каналы)
• Физика и механика синтетических и биополимеров (тонкие полимерные плёнки, полиэлектролитные мультислои и микрокапсулы, наноматериалы на основе дендримеров, белков и ДНК)
• Химическая физика поверхностей (коллоидные взаимодействия, смачивание микрочастиц, адгезия)

Контактная информация

Научный коллектив

• Виноградова Ольга Игоревна, заведующая лабораторией, доктор наук
• Киселёв Глеб Александрович, с.н.с., кандидат наук
• Киселёва Ольга Александровна, н.с., кандидат наук
• Колесов Дмитрий Валерьевич, ст.лаборант-исследователь
• Кочергин Александр Вадимович, н.с.
• Кузнецов Владислав Алексеевич, в.н.с., доктор наук
• Меньшиков Евгений Александрович, ст.лаборант-исследователь

Описание

Лаборатория была организована в 1989 г, выделившись из лабораторий тонких слоёв жидкостей д.т.н. Н.В.Чураева и поверхностных сил академика Б.В.Дерягина, для проведения исследований в области модифицированных (в первую очередь, гидрофобных) коллоидов и поверхностей. Решение было принято по инициативе академика Б.В.Дерягина, который перешёл работать в новую лабораторию вместе со своей научной группой. Первым заведующим лабораторией был д.х.н. Я.И.Рабинович, с 1992 г её возглавляет д.ф.-м.н. О.И.Виноградова.

В разное время в лаборатории работали академик Б.В.Дерягин, д.х.н. Я.И.Рабинович, д.ф.-м.н. И.В.Яминский, д.ф.-м.н. В.А.Лобаскин, к.х.н. Ю.А.Хрусталёв, к.ф.-м.н. Л.Ф.Леонов, к.х.н. Г.Э.Якубов, к.ф.-м.н. В.В.Люлевич, к.ф.-м.н. Г.Б.Мешков и др.

Одним из основных направлений работ лаборатории является «гидрофобная» тематика. Сотрудники лаборатории внесли вклад в изучение механизма дальнодействующего притяжения между гидрофобными поверхностями, развитие концепции устойчивых газовых нанопузырьков и, особенно, изучение природы гидрофобного скольжения. В последние годы это направление эволюционировало в «супергидрофобное», где новые типы гидрофобных микро- и нанотекстур позволяют обеспечить необычайно высокую подвижность жидкостей по их поверхности. В настоящее время в лаборатории широко ведутся теоретические и экспериментальные исследования супергидрофобного скольжения, которые включают «интеллегентный» дизайн текстурированных каналов для микро- и нанофлюидики, расчёт эффективных параметров и оптимизацию течений вблизи периодических и фрактальных текстур, индуцирование эффекта «сверхтекучести» в наноканалах и др.

В лаборатории активно ведутся работы в области микро- и нанокапсулирования. Помимо разработки научных и технологических принципов (элек­тростатической послойной и др.) самосборки, капсулирова ния и высвобождения, с помощью оригинальных методов исследуются физические (механические, адгезионные, осмотические и др.) свойства полученных нанострук тур. Функциональные микро- и нанокапсулы имеют широ кую область приложения, являясь новыми композитными наноматериалами с управляемыми особыми (механиче скими, оптическими и т.д.) свойствами, современными системами доставки лекарств и генетического материала, а также моделью для изучения поведения биологических клеток, бактерий и вирусов.

Помимо этого, лаборатория традиционно развивает «классические» направления «soft condensed matter», такие как механохимия, аэрозоли, гели, поверхностные явления в полимерных системах и жидких кристаллах, мембраны, устойчивость суспензий и эмульсий, смачивание, адгезия и др.

Уникальные методики

• В лаборатории предложен и теоретически обоснован метод двухфокусной конфокальной кросс-корреляции для исследования течения жидкостей и адвективной диффузии нанообъектов в субмикронных пристенных слоях, а также биоструктурах. Этот принципиально новый метод нановелосиметрии позволил существенно повысить точность и улучшить статистику измерений по сравнению с другими современными методами нанодиагностики потоков.
• Сотрудниками лаборатории разработаны новые количественные методы атомно-силовой микроскопии, расширившие область её применения. Это позволило использовать атомно-силовую микроскопию для количественного исследования капиллярных и гидродинамических сил в наномасштабе, краевых углов и линейного натяжения на микрочастицах, упругой и пластической деформации коллоидных объектов. Развитые методы исследования микро- и наномеханических свойств, основанные на комбинации атомно-силовой микроскопии с конфокальным сканированием, широко используются для изучения нанооболочек, микрокапсул, биологических клеток и т.д.
• Сотрудники лаборатории внесли вклад в разработку новых эффективных методов компьютерного моделирования полиэлектролитов и заряженных коллоидных систем, гидродинамических течений, которые в настоящее время используются в ведущих пакетах для мезоскопического моделирования.

Научные связи

• Department of Chemical Engineering, Department of Mathematics, Массачусеттский технологический институт (Prof. M.Z.Bazant), Бостон, США
• Институт технической и макромолекулярной химии, Рейнско-Вестфальский технический университет (Prof. M.Moller, Dr. R.Tsekov), Аахен, Германия
• Кафедра физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ (академик А.Р.Хохлов, д.ф.-м.н. И.В.Яминский), Москва, Россия
• Кафедра физической механики факультета аэрофизики и космических исследований МФТИ (член-корр. РАН Э.Е.Сон), Москва, Россия
• Кафедра энзимологии химического факультета МГУ (д.х.н. Н.И.Ларионова), Москва, Россия
• Лаборатория физики и механики гетерогенных сред, Лаборатория «Gulliver», CNRS, Парижская высшая индустриальная школа физики и химии (Dr F.Feuillebois, Dr D.Quere, Dr P.Tabeling), Париж, Франция
• Лаборатория физики конденсированных сред и наноструктур, CNRS, Университет Лиона (Prof. L.Bocquet, Prof. E.Charlaix, Prof. J.L.Barrat), Лион, Франция

Проекты и гранты

Грант РФФИ (07-03-00555 ) "Механизм формирования заряженного слоя при взаимодействии твердой поверхности с комплексами разнозаряженных поверхностно-активных веществ, полиэлектролитов и полипептидов"

Грант РФФИ (07-03-00630 ) "Биоэлектрохимические характеристики взаимодействия поликатионов с поверхностью липидных мембран"

Грант РФФИ (07-03-00927 ) "Полиэлектролитные мультислойные нано- и микрокапсулы: управление функциональностью и физико-химическими свойствами"

Грант Программы фундаментальных исследований № 27 «Основы фундаментальных исследований нанотехнологий и наноматериалов» Президиума РАН "Разработка принципов самосборки интеллегентных микро- и нанокапсул с управляемыми свойствами и функциональностью"

Грант Программы фундаментальных исследований «Создание и изучение макромолекул и макромолекулярных структур новых поколений» ОХНМ РАН "Интеллигентный дизайн супергидрофобных полимерных поверхностей для микро- и нанофлюидики"

Наиболее значимые публикации

F.Feuillebois, M.Z.Bazant and O.I.Vinogradova, "Effective Slip over Superhydrophobic Surfaces in Thin Channels" // Phys. Rev. Lett., 2009

R.Tsekov, M.R.Stukan, and O.I.Vinogradova, "Osmotic Equilibria for a Semi-Permeable Shell Immersed in a Solution of Polyions" // J. Chem. Phys., 2008, 129, 244707

M.Z.Bazant and O.I.Vinogradova, "Tensorial Hydrodynamic Slip"// J. Fluid Mech., 2008, 613, 125

V.S.Ajaev, R.Tsekov and O.I.Vinogradova, "The Wimple: a Rippled Deformation of a Wetting Film during its Drainage" //Phys. Fluids, 2007, 19, 061702

O.I.Vinogradova, O.V.Lebedeva, and B.S.Kim, "Mechanical Behavior and Characterization of Microcapsules" // Ann. Rev. Mater. Res., 2006, 36, 143

M.R.Stukan, V.Lobaskin, C.Holm, and O.I.Vinogradova, "Spatial Distribution of Polyelectrolyte and Counterions in Nanocapsules: A Computer Simulation Study" // Phys. Rev. E, 2006, 73, 021801

O.I.Vinogradova and G.E.Yakubov, "Surface Roughness and Hydrodynamic Boundary Conditions" // Phys. Rev. E, 2006, 73, 045302(R)

L.Y.Clasohm, J.N.Connor, O.I.Vinogradova, and R.G.Horn, "The Wimple: Rippled Deformation of a Fluid Drop Caused by Hydrodynamic and Surface Forces during Thin Film Drainage" //Langmuir, 2005, 21, 8243

O.I.Vinogradova, "Mechanical Properties of Polyelectrolyte Multilayer Microcapsules" // J. Phys.: Condens. Matter, 2004, 16, R1105

D.Andrienko, P.Patricio, and O.I.Vinogradova, "Capillary Bridging and Long-Range Attractive Forces in a Mean Field Approach" // J. Chem. Phys., 2004, 121, 4414

O.I.Vinogradova, and G.E.Yakubov, "Dynamic Effects on Force Measurements. 2. Lubrication and the Atomic Force Microscope"// Langmuir, 2003, 19, 1227

D.Lumma, A.Best, A.Gansen, F.Feuillebois, J.O.Radler, and O.I.Vinogradova, "Flow Profile near a Wall by Double-Focus Fluorescence Cross-Correlation" // Phys. Rev. E, 2003, 67, 056313

R.G.Horn, O.I.Vinogradova, M.Mackay and N.Phan-Thien,"Hydrodynamic Slippage Inferred from Thin Film Drainage Measurements in a Solution of Nonadsorbing Polymer" // J. Chem. Phys., 2000, 112, 6424

G.E.Yakubov, H.-J.Butt, and O.I.Vinogradova, "Interaction forces between hydrophobic surfaces. Attractive jump as an indication of formation of stable submicrocavities" // J. Phys. Chem. B, 2000, 104, 3407

O.I.Vinogradova, "Slippage of Water over Hydrophobic Surfaces"// Int. J. Mineral Proc., 1999, 56, 31

O.I.Vinogradova, "The Drainage of Thin Liquid Film Confined Between Hydrophobic Surfaces" // Langmuir, 1995, 11, 2213

O.I.Vinogradova, N.F.Bunkin, N.V.Churaev, O.A.Kiseleva, A.V.Lobeyev, and B.W.Ninham, "Submicrocavity Structure of Water Between Hydrophobic and Hydrophilic Walls as Revealed by Optical Cavitations" // J. Colloid Interface Sci., 1995, 173, 443

Наиболее значимые ранние публикации сотрудников лаборатории, в основном, вошли в сборник избранных трудов академика Б.В.Дерягина // Progress in Surface Science, 1992-1994, 43-45