СТРУКТУРНАЯ ДИНАМИКА СВОБОДНЫХ МОЛЕКУЛ И КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА. Часть II. ПЕРЕХОДНЫЕ СТРУКТУРЫ В ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ

Basic knowledge of mankind so far relates to the description of electrons and atoms in the material in a state of equilibrium, where the behavior changes slowly over time. The electron diffraction with a high temporal and space resolution has opened the possibility of direct observation of the processes occurring in the transient state of the substance (molecular movie). Here it is necessary to provide a temporary resolution of the order of 100 fs, which corresponds to the transition of the system through the energy barrier of the potential surface, which describes the chemical reaction - the process of the breaking and the formation of new bonds between the interacting agents. Thus, the possibility of the investigation of the coherent nuclear dynamics of molecular systems and the condensed matter can be opened. In the past two decades, it has been possible to observe the nuclear motion in the temporal interval corresponding to the period of the nuclear oscillation. The observed coherent changes in the nuclear system at such temporal intervals determine the fundamental shift from the standard kinetics of chemical reactions to the dynamics of the phase trajectory of a single molecule, the molecular quantum state tomography.Базовые знания человечества до сих пор относятся к описанию электронов и атомов в веществе, находящемся в состоянии равновесия, или близком к равновесию и медленно изменяющемуся во времени. В то же время известно, что химические реакции носят динамический характер, а элементарный акт химической реакции происходит в фемтосекундном временном интервале. Дифракция электронов с высоким временным и пространственным разрешением открыла возможность прямого наблюдения процессов, происходящих в переходном состоянии вещества (молекулярный фильм). Здесь необходимо обеспечить временное разрешение порядка 100 фс, что соответствует переходу системы через энергетический барьер поверхности потенциальной энергии, который описывает химическую реакцию - процесс разрушения и образования новых связей взаимодействующих реагентов. Таким образом, может быть раскрыта возможность исследования когерентной ядерной динамики молекулярных систем и конденсированного состояния вещества, включая его экстремальные состояния. За последние два десятилетия было возможно наблюдать движение ядер в молекулах во временном интервале, соответствующем периоду их колебаний. Наблюдаемые когерентные изменения в ядерной системе в такие временные интервалы определяют фундаментальный переход от стандартной кинетики химических реакций к динамике фазовой траектории отдельной молекулы, томографии молекулярного квантового состояния

СТРУКТУРНАЯ ДИНАМИКА СВОБОДНЫХ МОЛЕКУЛ И КОНДЕНСИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА. Часть I. ТЕОРИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ

To understand the dynamic features of molecular systems with a complex landscape of potential energy surfaces, it is necessary to study them in the associated 4D space-time continuum. The introduction of time in the diffraction methods and the development of coherent principles of the research process opened up new approaches for the study of the dynamics of wave packets, intermediates and transient states of the chemical reactions, short-lived compounds in the gaseous and condensed media. Time-resolved electron diffraction, the new method for the structural dynamic studies of free molecules, clusters and condensed matter, differs from the traditional method of electron diffraction both in the experimental part and in the theoretical approaches used in the interpretation of diffraction data. Here there is particularly pronounced the need of a corresponding theoretical basis for the processing of the electron diffraction data and the results of spectral investigations of the coherent dynamics in the field of intense ultrashort laser radiation. Such unified and integrated approach can be formulated using the adiabatic potential energy surfaces of the ground and excited states of the systems under study. The combination of state-of-the-art optical techniques and electron diffraction methods based on different physical phenomena, but complementing each other, opens up new possibilities of the structural studies at time sequences of ultrashort duration. It provides the required integration of the triad, "structure - dynamics - functions" in chemistry, biology and materials science.Для понимания особенностей динамики молекулярных систем со сложным ландшафтом поверхности потенциальной энергии, необходимо исследовать их в четырехмерном пространственно-временном континууме. Введение времени в дифракционные методы и развитие когерентных принципов процесса исследования открывают новые подходы к изучению динамики волновых пакетов, промежуточных и переходных состояний химических реакций, короткоживущих соединений в газовой и конденсированной средах. Дифракция электронов с временным разрешением, новый метод структурных динамических исследований свободных молекул, кластеров и конденсированных сред, отличается от традиционного метода дифракции электронов как по экспериментальному оборудованию, так и теоретическими подходами, используемыми при интерпретации дифракционных данных. В методах с временным разрешением особенно выражена необходимость соответствующей теоретической основы для обработки данных дифракции электронов и результатов спектральных исследований когерентной динамики с использованием интенсивного ультракороткого лазерного излучения. Такой единый и комплексный подход можно сформулировать, используя понятие адиабатической поверхности потенциальной энергии основного и возбужденных состояний исследуемых систем. Сочетание самых современных оптических технологий и методов дифракции электронов, основанных на различных физических явлениях, дополняющих друг друга, открывает новые возможности структурных исследований с использованием импульсных последовательностей ультракороткой длительности. Такое сочетание обеспечивает необходимую интеграцию триады «структура - динамика - свойство» в химии, биологии и материаловедении

Plasma Based Reconfigurable Plane Reflector Antenna

An antenna design was developed with a plane reconfigurable plasma-based reflector. A plasma dipole acts as a radiator. It is also possible to operate the antenna in the corner reflector mode

Clinical Experience of Luminescent Diagnostics of Precancerous Diseases and Cervical Cancer

The article summarizes the experience of using luminescent diagnostics with the use of ytterbium porphyrin complexes in gynecology and oncology. A pharmaceutical composition based on the Yb complex of 2,4-dimethoxyhematoporphyrin IX was used as the luminescent markers within the infrared range. The determination of luminescence characteristics (luminescence intensity) was carried out using a laserfiber fluorimeter in the range of 900-1100 nm. A new method for diagnosis of cervical disease has been proposed. The method of luminescent diagnostics allows to conduct a survey of a large number of patients in a short time. The method of luminescent diagnostics using the ytterbium complexes of porphyrins is not invasive. The method can be used as a screening. Differences between normal and pathologically altered cervical tissue have been identified and differences between pathological changes in the cervix HSIL (CIN II, CIN III) and cervical cancer are reliable. Keywords: Cervical cancer, squamous cell carcinoma, diagnosis of cervical cancer, squamous intraepithelial lesions of high grade – HSIL, luminescent diagnostics, luminescing in the near infrared (NIR) spectral region, porphyrins, ytterbium complexes of porphyrins

Diagnosis of Cervical Cancer Using Raman Spectroscopy

The aim of the study was to develop a method of detecting cervical cancer using Raman spectroscopy in the examination of biopsy and surgical material. Significant differences in the spectral characteristics between the tissues of the intact cervix and tissues with squamous cell carcinoma of the cervix have been revealed. Intensity of fluorescence in cervical cancer was higher than in intact cervical tissue.     Keywords: cervical cancer, squamous cell carcinoma, diagnosis of cervical cancer, fluorescence in cervical cancer, Raman spectroscopy for the diagnosis of cervical cance

Immunohistochemical Analysis of Epigenetic Markers in Cervical Pathologies Associated with Human Papillomavirus Infection

© 2016, Springer Science+Business Media New York.In this work, we studied molecular-biological factors leading to cervical cancer. The clinicopathologic characteristics and immunohistochemical features of 185 patients with cervical pathologies associated with human papillomavirus infection were examined. Immunohistochemical features analyzed included histone deacetylases (HDAC1, HDAC2) and DNA methyltransferases (DNMT1, DNMT2). Strong correlations of these factors with cervical pathologies including malignancies were identified

СВЕРХБЫСТРАЯ ПРОСВЕЧИВАЮЩАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ МИКРОСКОПИЯ

Ultrafast laser spectral and electron diffraction methods complement each other and open up new possibilities in chemistry and physics to light up atomic and molecular motions involved in the primary processes governing structural transitions. Since the 1980s, scientific laboratories in the world have begun to develop a new field of research aimed at this goal. “Atomic-molecular movies” will allow visualizing coherent dynamics of nuclei in molecules and fast processes in chemical reactions in real time. Modern femtosecond and picosecond laser sources have made it possible to significantly change the traditional approaches using continuous electron beams, to create ultrabright pulsed photoelectron sources, to catch ultrafast processes in the matter initiated by ultrashort laser pulses and to achieve high spatio-temporal resolution in research. There are several research laboratories all over the world experimenting or planning to experiment with ultrafast electron diffraction and possessing electron microscopes adapted to operate with ultrashort electron beams. It should be emphasized that creating a new-generation electron microscope is of crucial importance, because successful realization of this project demonstrates the potential of leading national research centers and their ability to work at the forefront of modern science.Методы сверхбыстрой электронной дифракции, лазерной спектроскопии и квантовой химии, дополняя друг друга, открывают новые возможности изучения внутримолекулярной динамики веществ, участвующих в процессах химических реакций. Переходное состояние химических реакций определяет направление этих процессов. Начиная от первых работ 1980-х годов, выполненных в России и показавших принципиальную возможность исследования когерентной динамики ядер молекулярных систем, многие научные лаборатории в мире начали интенсивную разработку новой области исследований, направленную на экспериментальное исследование переходного состояния методом сверхбыстрой дифракции электронов. Последовательное развитие этого направления привело к созданию так называемого “атомно-молекулярного кино”, позволяющего визуализировать когерентную динамику ядер в молекулах и сверхбыстрые процессы в химических реакциях в режиме реального времени. В настоящее время ряд научно-исследовательских лабораторий в мире разрабатывают методы сверхбыстрой дифракции электронов и рентгеновского излучения, которые открыли возможность исследования переходного состояния химических реакций. Создание электронных микроскопов с высоким пространственно-временным разрешением является новым направлением в электронной микроскопии, близко примыкающим к этому новому направлению науки. Успешная реализация этого направления исследований демонстрирует потенциал ведущих национальных научно-исследовательских центров и их способность работать на переднем крае современной науки