ИАП РАН0%

Институт аналитического приборостроения создан в 1977 г. постановлением Совета Министров СССР как головная организация Научно-технического объединения Академии наук СССР. В состав НТО вошли специальное конструкторское бюро с опытным производством и ряд приборостроительных заводов Академии наук. У истоков НТО и Института стоял выдающийся ученый и конструктор, член-корреспондент АН СССР Владимир Антонович Павленко.

С момента своего образования Институт формировался как исследовательский центр, ориентированный на разработку новых методов и средств анализа структуры и свойств вещества, создание уникальной аппаратуры для научных исследований.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) входит в состав организаций, объединяемых Отделением нанотехнологий и информационных технологий РАН, которое осуществляет научно-методическое и научно-организационное руководство Институтом.

ИАП РАН проводит фундаментальные и прикладные исследования, направленные на разработку новых методов, приборов и технологий по следующим основным направлениям: • методы и приборы диагностики поверхности, элементного и структурного анализа веществ и соединений; • методы и приборы нанотехнологии и нанодиагностики, наноструктуры; • методы и приборы для исследований в науках о жизни и медицине, микро- и наносистемная техника, нанобиотехнология; • информационные технологии, системы автоматизации, математическое моделирование в научном приборостроении.

Широкое признание получили разработанные в Институте принципиально новые методы исследования вещества. Среди них: метод масс-спектрометрического анализа высокомолекулярных соединений – ЭРИ АД (Electrospray); метод исследования ультратонких слоев поверхности – «Скользящая мессбауэровская спектроскопия»; пионерские работы в области формирования нанообъектов молекулярно-пучковой эпитаксией; методы экспресс-анализа биоактивных объектов.

Традиционно в Институте развиваются исследования и разработки в области масс-спектрометрии, мессбауэровской и электронной микроскопии, сканирующей зондовой микроскопии, молекулярно-пучковой эпитаксии, сепарационных методов анализа и др.

В числе последних достижений Института широкий спектр исследований и разработок по основным направлениям деятельности:

1. Методы и приборы диагностики поверхности, элементного и структурного анализа веществ и соединений

• На основе метода мягкой ионизации ЭРИ АД (Electrospray) интенсивно развивается биоорганическая масс-спектрометрия – разработаны времяпролетные масс-спектрометры (ВПМС) с ортогональным вводом ионов и источниками ионов типа «электроспрей» и «наноэлектроспрей». Реализован хромато-масс-спектрометрический комплекс ХЖ-МС для исследования задач в области протеомики. В последние годы разработаны принципы построения многоотражательных ВПМС с полным диапазоном масс. Подробнее>>

• Разработан метод масс-спектрометрического изотопного анализа актинидов на уровне содержания от единиц фемтограмм (концентрация порядка 10-15) в образцах техногенного и растительного происхождения для программы МАГАТЭ по контролю за нераспространением ядерного оружия. Подробнее>>

• На основе моделирования физических процессов, происходящих при движении заряженных частиц в электрогазодинамических полях, реализован двухступенчатый интерфейс для масс-спектрометрических источников ионов с электрораспылением для прецизионного определения нанобиообъектов.

• Важным достижением последних лет явилось участие Института в разработке приборного рядаспециализированных масс-спектрометров МТИ-350 для нужд отечественного ядерно-топливного комплекса. Подробнее>>

• Разрабатывается ряд аналитических приборов для комплексной диагностики и контроля нано- и микроструктур, включающий в себя:

Интегрированный приборный комплекс высокотемпературной дифрактометрии и рентгеновских методов анализа для исследования вещества в наноразмерном состоянии.
Автоматизированный масс-спектрометр с ионизацией в плазме скользящего разряда для анализа диэлектриков и полупроводников в твердой фазе (нанообъекты, порошки, массивные образцы).

Электронный микроскоп для химического анализа для исследований химического состава твердотельных наноструктур и диагностики электронного и атомного строения искусственно локализованных квантовых образований.

Автоматизированный многофункциональный приборный комплекс для селективных по глубине исследований фазового и элементного состава и физико-химического состояния поверхности и объема конденсированных сред, в т.ч., наноструктуры и наномагнетики.

• В области нанофотоники исследуются возможности резонансного управления светом. Экспериментально исследована серия отражательных резонансов, образованных сверхтонкими компонентами D2-линий естественной смеси изотопов рубидия при наклонном падении. Контраст наиболее сильных резонансов отражения превышает 500%. В условиях полного внутреннего отражения зарегистрировано сильное резонансное взаимодействие лазерного излучения с ансамблем атомов в приповерхностном слое толщиной около 0,1 мкм. Перспективное использование – квантовая информация и квантовая оптика. Подробнее>>

2. Методы и приборы нанотехнологии и нанодиагностики. Наноструктуры

• В сотрудничестве с лабораторией физики полупроводниковых гетероструктур ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН создаются принципиально новые приборы на основе массивов регулярных квантовых точек (лазеры, светодиоды, транзисторы, поглотители и др.), а также нанобиологические сенсоры для детектирования сверхмалых количеств биообъектов, включая регистрацию одиночных молекул и вирусов, разрабатываются системы автоматизации процессов управления и исследования свойств выращиваемых структур in situ.

• Методом МРЭ синтезированы квантовые точки (КТ) InAs/GaAs при докритической толщине осажденного слоя (в интервале 1.4-1.5 монослоя InAs) на вицинальных поверхностях GaAs (001) для обеспечения сверхнизкой плотности КТ (3 – 30) um-2. Показано, что подобные нанообъекты обладают повышенной яркостью и более узкой линией фотолюминесценции (ФЛ) по сравнению с обычными КТ. «Докритические» КТ могут быть использованы при разработке излучателей одиночных фотонов.

• Методом МПЭ реализованы принципиально новые гетероструктуры, состоящие из квантовой ямы InGaAs, структурно соединенной с квантовой точкой InAs через наноперемычку - «nanobridge», представляющей собой нанопроволоку (одномерную структуру InGaAs), что обеспечивает значительное уменьшение времени излучательной рекомбинации из КТ. Подробнее>>

• Методами сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) исследована кинетика механоэмиссии электронов из локального наноконтакта и ее зависимость от величины электрического напряжения между поверхностью образца и вытягивающим электродом. Полученные результаты представляют собой физическую основу для создания новой СЗМ – методики для микро- и нанодиагностики материалов. Разрабатываются прецизионные системы перемещений и сканирования для СЗМ. Подробнее>>

3. Методы и приборы для исследований в науках о жизни и медицине. Микро- и наносистемная техника, нанобиотехнология

• Разработан детектор субпопуляций клеток, для автоматизированного анализа субпопуляционной структуры ансамблей иммунокомпетентных клеток или других микро-объектов с использованием внесенных флуоресцентных меток. Реализован метод цитометрии по микроскопическим изображениям клеток. Обнаружение и определение индивидуальных параметров клеток производятся с помощью быстрых алгоритмов анализа цифровых изображений со скоростью более 100 клеток/с и порогом чувствительности около 300 молекул флуорохрома на клетку.

• Разрабатываются аналитические приборы и методики анализа нанобиообъектов на основе микрофлюидных чипов. Созданы прототипы аналитических микрочипов для высокочувствительного метода молекулярной диагностики - метода молекулярных колоний (ММК) с реакционной камерой из стекла, полиметилметакрилата, поликарбоната, алюминия.

• Реализован принципиально новый подход, позволяющий проводить измерение исходного количества специфической ДНК (РНК) в пробе в широком динамическом диапазоне от единичных до 109 копий. На базе представления амплификации как ветвящегося процесса с двумя типами частиц, обеспечена возможность точного определения единичных копий. Создана линейка приборов «АНК» для анализа ДНК и РНК на основе ПЦР в режиме реального времени.

• Разработаны технологии синтеза полых и монолитных капиллярных колонок с заданными физико-химическими параметрами сорбента. Впервые использована электронно-лучевая обработка для модифицирования поверхности кварца и синтеза полимерного сорбента. Перспективное использование – электрохроматография.

• Исследованы процессы образования в геле иммунопреципитационных паттернов (ИП) в результате диффузии и взаимодействия белков «антигена» и «антител». Разработаны математические модели образования ИП в геле. Определены принципиальные ограничения точности метода Манчини при определении концентрации белков сыворотки крови.

• В области акустофореза проводятся исследования и разработки в 2-х направлениях: первое основано на применении эффекта пространственного разделения компонентов жидких дисперсных систем в поле стоячей ультразвуковой волны; второе – на применении нового принципа фракционирования – «проточного ультразвукового селектирования». Подробнее>>

4. Информационные технологии, системы автоматизации, математическое моделирование в научном приборостроении

На всех этапах создания и эксплуатации аналитической техники в Институте развиваются: математическое моделирование, вычислительный эксперимент, компьютерная обработка больших массивов информации, автоматизация управления прибором, обработка сигналов и изображений.

• Разработаны компьютерные модели движения ионов в электрогазодинамических полях газонаполненных (давление порядка единиц Торр) радиочастотных транспортирующих каналов. Определены условия пространственного захвата и сжатия ионных пучков. На основе ионно-оптического моделирования предложены и экспериментально опробованы конструкции многокаскадных интерфейсов для времяпролетных масс-спектрометров с малыми потерями ионов при их транспортировке от газодинамических ионных источников до анализаторов.

• На основе развития ионно-оптической теории предложены и экспериментально опробованы новые схемы вакуумных транспортирующих интерфейсов для устройств ортогонального ввода ионов во времяпролетные масс-спектрометры с коллимацией ионов на высоких энергиях, характеризующиеся высокой трансмиссией и устойчивостью работы.

• Разработана компьютерная модель газонаполненного магнитного сепаратора. На основе математического моделирования предложена ионно-оптическая схема сепаратора нового поколения для исследования сверхтяжелых элементов. Проведенное исследование позволило разработать ионно-оптическую схему сепаратора для Лаборатории ядерных реакций Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна).

• Предложен оригинальный подход к развитию алгоритмических и программных средств систем автоматизации приборов для научных исследований на основе нового класса вейвлетов, названных аппаратно-ориентированными (АОВ). Применение АОВ позволяет значительно увеличить чувствительность приборов и повысить их разрешение.

• Создана общая теория возникновения режима сверхразрешения для времяпролетного масс-анализатора на основе периодических электростатических систем, функционирующих в режиме нелинейного гамильтонова авторезонанса.

• Разработаны математические модели для оценки поведения микрочастиц в ультразвуковом поле стоячей волны, как в проточном, так и в статическом режимах при сорбции веществ на поверхность частиц, а также модели распространения ультразвуковых колебаний в многослойных трубчатых системах. Предложен новый подход к расчету сил радиационного давления ультразвука на частицы дисперсных систем в произвольном поле.

Научные результаты явились основой для разработки новых аналитических приборов, среди них: масс-спектрометры для изотопного, элементного и биоорганического анализа; спектрометры Мессбауэра; анализаторы АНК-4,16,32,64 для ПЦР в реальном времени, секвенаторы ДНК; лазерные анализаторы клеток ДСКФ-01; анализаторы состава жидких проб НАНОФОР®; иммуноанализаторы; приборы пробоподготовки; и др.

Приборы, созданные в Институте, а также условия их заказа представлены в «Каталоге приборов».

Разработки Института поддержаны программами Президиума и Отделений РАН, федеральными и региональными целевыми программами научных исследований, программами Минобрнауки России, Федерального медико-биологического агенства, Минатома, РФФИ, INTAS, МАГАТЭ и др.

В Институте работает аспирантура и совет по защитам докторских и кандидатских диссертаций по специальности 01.04.01 «Приборы и методы экспериментальной физики».

С 1991 г. ИАП РАН издает академический журнал «Научное приборостроение». Издание включено в Реферативный журнал и базы данных ВИНИТИ, в базу Российского индекса научного цитирования (РИНЦ), входит в перечень журналов ВАК. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим изданиям “Ulrich’s Periodicals Directory”.