Лаборатория электронной микроскопии

Лаборатория электронной микроскопии

В 1974 году в Институте Кристаллографии им. А.В.Шубникова Академии Наук СССР по распоряжению Директора института академика Б.К.Вайнштейна был организован сектор электронной микроскопии, который возглавил д.б.н. Николай Андреевич Киселев. Основная направленность работ, проводимых под руководством Н.А.Киселева – определение четвертичной структуры белков методами просвечивающей электронной микроскопии.

В секторе электронной микроскопии начали работать способные молодые сотрудники В.Я. Стельмащук, Е.В. Орлова, М.Б. Шерман, В.Цупрун, которые обеспечили проведение исследований на мировом уровне. За сравнительно короткий период до 1984 года была установлена четвертичная структура примерно 15 белков, исследована тонкая структура рибосом, бактериофагов. Были начаты работы по использованию криогенных методов в просвечивающей электронной микроскопии, новых методов обработки изображений.

Выдающийся вклад Н.А. Киселева в исследовании белков, вирусов и макромолекул был признан Академией наук СССР - за многочисленные работы мирового уровня в 1979 году он был избран членом-корреспондентом АН СССР, а в 1986 году за цикл работ "Структурные основы биосинтеза белка на рибосомах" совместно с Валерием Яковлевичем Стельмащуком был удостоен звания лауреата Государственной премии СССР. В 1986 году сектор был преобразован в лабораторию электронной микроскопии. Кроме дальнейшего развития работ в области структурной молекулярной биологии с 1984 года в секторе, а впоследствии лаборатории электронной микроскопии были начаты работы по изучению объектов физики твердого тела.

В 1989 году был приобретен микроскоп PHILIPS EM-430 с ускоряющим напряжением 300 кВ и разрешением 2.1 Å (по точкам), лаборатория была оснащена приборами и приспособлениями для изготовления образцов, появились новые сотрудники А.Л. Васильев и О.И. Лебедев, В.Ю.Карасев, В.В. Роддатис, А.Н.Киселев, О.М.Жигалина. Благодаря необыкновенному научному предвидению Н.А. Киселева были выбраны выигрышные научные направления: исследования структуры тонких пленок и границ раздела, границ зерен, структура сверхпроводящих соединений.

Совместно с А.Л. Васильевым и В.В. Роддатисом Николаем Андреевичем были получены принципиально новые данные по ориентационной зависимости структуры границ зерен в бикристаллах, изготовленных Е.А. Степанцовым, установлена структура ряда джозефсоновских соединений. В лаборатории впервые была детально охарактеризована кристаллическая структура кремниевых острий, полученных в лаборатории Е.И. Гиваргизова, а затем выращенных на них в лаборатории электронографии ИК АН нанокристаллов алмаза.

Эти и другие работы получили высокую международную оценку. Н.А. Киселева избрали почетным членом Королевского микроскопического общества (Великобритания). После 1991 года более десяти учеников Н.А. Киселева, сотрудников лаборатории уехали на работу в ведущие западные университеты и лаборатории. Однако, Николаю Андреевичу удалось восполнить «научные потери», набрать новую талантливую молодежь.

В очередной раз была выбрана новая тематика, которая и в этот раз привела к научному успеху: исследование новых углеродных материалов, в том числе, углеродных одностенных и многостенных нанотрубок, одномерных кристаллов в нанотрубках. Сотрудники лаборатории - Д.Н. Захаров, О.М. Жигалина, В.В. Артемов, Ю.В. Григорьев, А.С. Кумсков, В.Г.Басу. работая совместно с несколькими академическими и отраслевыми институтами, получили важные результаты, опубликованные в ведущих научных журналах. Были открыты и исследованы нанокомпозиты на основе одномерных кристаллов в одностенных нанотрубках. Это позволило перейти к исследованию и разработке полевых эмиттеров, созданию рентгеновских микротрубок.

С началом работы в лаборатории Владимира Викторовича Артемова диапазон исследований и методов существенно расширился – кроме просвечивающей микроскопии начались работы с использованием растровой электронной микроскопии. Кроме традиционных методов растровой электронной микроскопии Владимир Викторович занимался развитием методов наведенного тока и катодолюминесценции, использовании фокусированного ионного пучка для создания метаматериалов. Благодаря Владимиру Викторовичу стало возможным изготовление образцов для просвечивающей электронной микроскопии практически из любого материала, что значительно продвинуло работы методами просвечивающей электронной микроскопии и микроанализа.
В лаборатории продолжаются работы по исследованию тонких пленок и гетероструктур, большая часть которых проводится группой, возглавляемой д.ф.-м.н О.М. Жигалиной. В частности, в рамках грантов РФФИ, вместе с молодыми коллегами Хмелениным Д.Н., Кусковой А.Н., Атановой А.В., исследовалась структура и границы раздела многослойных композиций на основе перовскитных пленок для микро- и наноэлектроники. Ольгой Михайловной были начаты работы по определению микроструктуры газодифузионных и каталитических слоев для водородных топливных ячеек. Важная и новая часть работ для лаборатории – биомедицина, также проводимая О.М.Жигалиной– подробные исследования зубных имплантатов, их возможное влияние на воспалительные процессы, исследование конкреций, в частности, почечных камней.

Совместно с ведущими Российскими Институтами и высокотехнологичными промышленными предприятиями и фирмами, под руководством Александра Леонидовича Васильева, развиваются работы по исследованию различных сверхпроводящих материалов, как традиционных низкотемпературных сверхпроводников, используемых в магнитных системах, в том числе в проекте международного термоядерного реактора ИТЕР, Большого Адронного Коллайдера, так и высокотемпературных лент второго поколения с повышенными токонесущими характеристиками.

Большая часть современных работ лаборатории связана с развитием новых электронно-микроскопических методов исследования материалов: изучение точечных дефектов с помощью коррекционной просвечивающей растровой электронной микроскопии, включающей использование электронов, рассеянных на большие углы и метод интегрированного дифференциального фазового контраста; разномасштабная трехмерная реконструкция объектов - наночастиц, объемных образцов как методами просвечивающей/растровой электронной микроскопии, так и методом фокусированного ионного пучка/растровой электронной микроскопии. Совместно с лабораторией рентгеновских методов анализа и синхротронного излучения проводятся работы в области электронной томографии, позволяющей восстановить трехмерную картину электронной дифракции, что дает возможность определить кристаллическую структуру вещества с определением позиций атомов в элементарной ячейке.

Продолжаются работы и в области структурной молекулярной биологи, начатые Н.А. Киселевым. Совместно с другими лабораториями ФНИЦ «Кристаллография и фотоника РАН и различными подразделениями НИЦ «Курчатовский институт» сотрудники лаборатории участвуют в исследованиях белков, макромолекул методами криогенной электронной микроскопии, продолжая традиции лаборатории.

В настоящее время лабораторию возглавляет один из учеников Николая Андреевича Киселева – А.Л.Васильев.