Введение к работе
Актуальность работы
Методы электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) нитроксильных спиновых зондов и меток находят широкое применение для решения современных химико-физических и биофизических задач, что стимулирует развитие новых методик и подходов в ЭПР для получения большего количества информации об исследуемых системах.
В настоящей работе развиваются и исследуются возможности двух методов исследования молекулярной динамики с помощью импульсного ЭПР. Одна методика основана на исследовании релаксации сигнала стимулированного спинового эха (ССЭ). Она позволяет детектировать и определять механизм микросекундных переориентации на малые углы (0,1-1), что недоступно для исследования другими методами и позволяет поэтому получать принципиально новую информацию. Другая методика основана на эффекте переноса намагниченности в спектре ЭПР. Этот эффект чувствителен к подвижности молекул по механизму вторичной релаксации по типу Джохари-Голдштейна. Природа этой подвижности в настоящее время активно обсуждается в литературе.
Основные цели работы
Основной целью данной работы являлось развитие методик электронного спинового эха и их приложение к изучению фундаментальных закономерностей подвижности молекул в неупорядоченных молекулярных средах и в биологических мембранах. Для этого в работе решаются следующие задачи:
Использование стимулированного спинового эха для выявления
молекулярного механизма динамики в неупорядоченных молекулярных средах и биологических мембранах.
Исследование возможностей метода переноса намагниченности в
спектрах ЭПР нитроксильных радикалов для изучения (3-релаксации по типу Джохари-Голдштейна.
Научная новизна работы
В работе впервые проведены систематические исследования малоугловой подвижности спиновых зондов и меток в различных матрицах и при различных температурах.
Для объяснения релаксации спинового эха впервые была предложена модель инерционных вращений.
Найденные методом ССЭ частоты вращения существенно отличных по размерам зондов в неупорядоченных молекулярных средах оказались одинаковыми, что позволило сделать вывод о коллективной природе обнаруженных движений.
Исследование подвижности методом переноса намагниченности впервые было проведено для спиновых зондов существенно различного размера, что позволило определить характерный масштаб релаксации Джохари-Голдштейна.
Исследование динамики модельных мембран в гелевой фазе с помощью ССЭ позволило выявить появление коллективных движений липидов при криогенных температурах, а также неизвестный до этого эффект усиления холестерином молекулярной подвижности в глубине мембраны.
Практическая значимость
В работе показано, что метод стимулированного эха чувствителен к коллективным молекулярным переориентациям в малом масштабе углов, что дает возможность получения новой динамической информации для сложных биологических систем.
Полученная в настоящей работе информация об иерархии и характерном временном и пространственном масштабах молекулярных
переориентации в неупорядоченных молекулярных средах важна для понимания природы стеклообразного состояния.
Обнаруженный эффект усиления холестерином молекулярной подвижности внутри мембраны важен для понимания фундаментальных основ функционирования биологических мембран.
Личный вклад соискателя. Соискатель участвовал в постановке задач, обсуждаемых в данной диссертации, принимал непосредственное участие в организации и проведении экспериментов, в обработке экспериментальных данных, в анализе полученных результатов.
Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждались на физико-химических семинарах Института химической кинетики и горения СО РАН, а также на 6 международных и 4 всероссийских научных конференциях: Sendai-Berlin-Novosibirsk Seminar on Advanced EPR 2006, Novosibirsk, Russian Federation II Asia-Pacific EPR/ESR Symposium, August 24-27, 2006, Novosibirsk, Russian Federation II XIX Симпозиум «Современная Химическая Физика», 2007, Туапсе, Россия // XXVI Симпозиум по химической кинетике, 2008, Черноголовка, Россия // 42nd Annular International Meeting of Electron Spin Resonance Spectroscopy Group of the Royal Society of Chemistry", 2009, Norwich, England II Tenth International Supramolecular School on Biophysics, 2009, Rovinj, Croatia II International Youth Scientific School, 2009, Kazan, Russian Federation II Всероссийская молодежная школа с международным участием «Магнитный резонанс в химической и биологической физике», 2010, Новосибирск, Россия // Asia-Pacific EPR/ESR Symposium, 2010, Jeju, Republic of Korea II EUROMAR, 2011, Frankfurt am Main, Germany.
