Выяснение механизмов магнитного упорядочения и спинового транспорта в природных и синтетических меланинах с целью создания биодеградируемых и биосовместимых устройств спинтроники

Название НИОКТР	Выяснение механизмов магнитного упорядочения и спинового транспорта в природных и синтетических меланинах с целью создания биодеградируемых и биосовместимых устройств спинтроники
Аннотация	Меланины присутствуют в организмах представителей всех основных типов клеточной жизни: бактериях, растениях, грибах и животных. В организме человека эу- и феомеланины представлены во множестве органов и тканей. Это позволяет говорить о том, что меланины являются четвертым фундаментальным классом биологических полимеров. Одним из ключевых отличий меланинов от первых трех классов биополимеров - нуклеиновых кислот, белков и полисахаридов - является наличие большого количества (10^19 и более на грамм) стабильных радикалов, встроенных в матрицу полисопряженных мономеров. Как результат, помимо взаимодействий, хорошо знакомых по другим биологическим полимерам (водородных связей, ароматического стекинга, кулоновского взаимодействия зарядов), в меланинах возникают близко- и дальнодействующие взаимодействия, обусловленные наличием спинов - обменное и магнитное дипольное. Определяющее влияние таких взаимодействий на структуру и свойства меланинов принципиально выделяет их не только из всех других биополимеров, но и из многих биоорганических материалов вообще. Эти же взаимодействия, конкурируя друг с другом и с другими близкими по энергии взаимодействиями, делают структуру и свойства меланинов лабильными и чувствительными к внешним воздействиям. При этом для меланинов характерно образование спиральной ультраструктуры, “прошитой” водородными связями и π-π-взаимодействиями. В рамках проекта мы намерены изучить, как наличие взаимодействий, обусловленных высокой концентрацией спинов, влияет на зарядовый транспорт в меланинах. Особое внимание будет уделяться проблемам туннелирования спин-поляризованных электронов и влиянию дополнительного связывания слоёв в π-стэках на спиновую поляризацию туннелирующих электронов. С помощью дейтерирования мы также намерены исследовать влияние на магнитные свойства меланинов водородных связей. На основе полученных данных будут предложены методы и подходы к управлению транспортными и структурными свойствами меланинов. С помощью замены серы на селен в бензотиазиновых группах планируется оптимизировать свойства материала в сторону большей стабильности магнитного упорядочения без потери возможности синтеза в биологических системах. Актуальность проекта определяется огромным интересом к материалам на основе меланина и его ближайшего структурного родственника полидопамина со стороны как медицинского сообщества, так и индустриальных драйверов устойчивого развития. Полная биосовместимость и биодеградируемость меланинов вызывает интерес к ним и со стороны разработчиков малоразмерных медицинских электронных устройств, лекарственных и косметических средств. Научная новизна проекта обусловлена следующими факторами. Во-первых, чисто органическое, без примесных d/f-элементов, магнитное упорядочение в природных биоматериалах является новым, ранее неисследованным классом явлений. Во-вторых, несмотря на широчайшее распространение среди биосистем, на наличие хиральной ультраструктуры и большого количества стабильных радикалов, меланины до сих пор не исследовались на предмет наличия или генерации спин-поляризованных туннельных электронных токов. Такая совокупность свойств и нерешенных задач делает класс меланинов уникальным для исследований с точки зрения как фундаментальных биофизики и физики конденсированного состояния, так и перспектив использования в биодеградируемых и биосовместимых устройствах электроники и спинтроники. Успешная реализация проекта позволит разработать методы, способные вывести на новый уровень приложения меланинов в биоэлектронике - использовать эффекты электронной спиновой поляризации и магнитного упорядочения для создания спинтронных устройств и компонентов. О высокой востребованности предполагаемых результатов в области электронных разработок свидетельствуют и письма поддержки от ООО «Новые спинтронные технологии» и АНО «МНИЦИТ МАРТИНЕКС», предполагающие тесное сотрудничество с коллективом проекта для обеспечения оптимальных условий для успешного выполнения проекта.
Доступ к ОКОГУ исполнителя	False
Количество связанных РИД	0
Количество завершенных ИКРБС	0
Сумма бюджета	21000.0
Дата начала	2025-05-27
Дата окончания	2027-12-31
Номер контракта	25-12-00134
Дата контракта	2025-05-27
Количество отчетов	3
УДК	577.117.3 577.127.3 547.97
Количество просмотров	14
Руководитель работы	Горшунов Борис Петрович
Руководитель организации	Баган Виталий Анатольевич
Исполнитель	ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "МОСКОВСКИЙ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)"
Заказчик	Российский научный фонд
Федеральная программа	Отсутствует
Госпрограмма	—
Основание НИОКТР	Грант
Последний статус	2025-07-18 14:02:58 UTC, 2025-07-18 14:02:58 UTC
ОКПД	Услуги, связанные с научными исследованиями и экспериментальными разработками в области физики
Отраслевой сегмент	—
Минздрав	—
Межгосударственная целевая программа	—
Ключевые слова	спектроскопия; меланин; спиновый клапан; транспорт в хиральных структурах; спин-поляризованный ток; биологический полимер; магнитное упорядочение
Соисполнители	—
Типы НИОКТР	Фундаментальное исследование
Приоритетные направления	—
Критические технологии	—
Рубрикатор	31.23.41 - Порфирины, хлорофиллы и другие природные пигменты
OECD	—
OESR	Физика конденсированного состояния (включая физику твердого тела, сверхпроводимость)
Приоритеты научно-технического развития	а) переход к передовым технологиям проектирования и создания высокотехнологичной продукции, основанным на применении интеллектуальных производственных решений, роботизированных и высокопроизводительных вычислительных систем, новых материалов и химических соединений, результатов обработки больших объемов данных, технологий машинного обучения и искусственного интеллекта;
Регистрационные номера	ikrbs: {'card_list': [{'id': 'FGSUUZW4TKXY3J4B4YFEV9KQ'}]}