Структура

Отдел перспективных информационных технологий

Группа компьютерного моделирования наноструктур и биосистем

Основные направления
  • исследование различных нано-молекулярных структур, динамики их атомно-молекулярных, фазовых и структурных изменений, сопряженных процессов перестройки и переноса зарядов в них, в том числе в биологических структурах,
  • исследование нелинейных свойств и процессов молекулярных, упорядоченных, биологических и родственных нелинейных систем, в том числе в окрестности критических точек, включая расчеты их конкретных физических параметров,
  • разработка и применение современных компьютерных методов, комплексов и средств для численного и графического исследования свойств молекулярных наноструктур и биомолекулярных систем, проведение математического и компьютерного моделирования их структуры и динамики поведения в различных условиях и при изменения параметров внешней среды
Основные объекты
  • упорядоченные нелинейные наномолекулярные, органические и биологические системы с критическими точками, структурными и фазовыми переходами,
  • протонные подсистемы молекулярных, упорядоченных и биологических наноструктур, включая системы водородных связей в различных структрурах,
  • ионные каналы возбудимых биологических мембран, их структурные компоненты, а также липидные бислои и их взаимодействие друг с другом,
  • структуры гидроксиапатита и искусственных костных тканей, их формирование и взаимодействие, рост нанокристаллов гидроксиапатита на различных подложках и в различных условиях,
  • полимерные ультратонкие сегнетоэлектрические пленки Лэнгмюр-Блоджет (в т.ч. на основе сополимера винилиденфторида с трифторэтиленом, а также с заменой фтора на др. компоненты) и нанокристаллы на их основе,
  • самоорганизующиеся молекулярные наноструктуры на основе аминокислот типа дифенилаланина (FF) и их пептидных нанотрубок (ПНТ), а также нано-структуры типа нанокристаллов на основе других аминокислот (глицина и пр.),
  • компоненты ДНК, в том числе основания (тимин, аденин, гуанин, цитозин) и соответствующие пары оснований, моно- и мультипептидные структуры ,
  • сегнетоэлектрические и биосегнетоэлектрические системы и родственные структуры, в том числе нанокомпозиты с нанобиомолекулярными включениями (липиды, пептиды, протеины, фрагменты ДНК), а также компоненты биомембран и клеток (микротрубочки, рецепторы, фибриллы и т.п.),
  • ритм (пульс) сердца, вариабельность сердечного ритма и особенности регуляции сердечного ритма, включая. нелинейные модели и их применение в рамках теории функциональных систем, а также и для целого организма.
Основные методы
  • методы молекулярной механики и молекулярной динамики;
  • методы квантовой химии, квантовой механики, включая расчеты различными методами ab initio и теории функционала плотности (ТФП/DFT);
  • методы теории конденсированных сред, физики твердого тела, физики тонких пленок и физики поверхности;
  • методы нелинейной динамики и динамики сплошных сред;
  • методы термодинамики и статистической физики;
  • методы теории сложных систем, функциональных систем и самоорганизации,
  • математические методы оптимизации/минимизации сложных функционалов и решения нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений.
Средства
  • математические и компьютерные средства решения систем нелинейных дифференциальных уравнений, анализа и исследования многомерных функционалов (в том числе собственные, типа разложения по специальным функциям, программы минимиации функционалов, и др.),
  • математические и компьютерные средства и методы многомерной статистики, включая наборы стандартных средств Origin, M/ANOVA и т.п.
  • пакеты программных средств для молекулярного моделирования: расчетов методами молекулярной механики, молекулярной динамики и квантово-химических расчетов - HyperChem 7.0, 7.5, 8.0 для Windows PC и последняя новая версия для Linux кластеров (проводится постоянный update новых версий программ от Hypercube Inc., USA).
  • программный пакет MOPAC2009 ( включающий метод PM6) для Windows PC и версия для Linux кластеров (проводится постоянный update новых версий программ от J.Stewart “Stewart Computational Chemistry”, USA).
  • программный пакет Gaussian98 (проводится работа по получению update новых версий программ Gaussian09 + GaussView ).
  • программные пакеты (ПП) на основе теории функционала плотности (ТФП) с прямым рабочим выходом на Linux кластер Университета Авейро (УА), Португалия .( в рамках Договора о научном сотрудничестве "ИМПБ-УА"): 1) ПП ограниченного доступа AIMPRO ( http://aimpro.ncl.ac.uk/restricted), разработка Университета НьюКастл, для ТФП в приближении локальной плотности (ПЛП); 2) ПП VASP (Vinna Ab initio Simulation Package, https://www.vasp.at ) для ТФП в приближении генерализованного градиента (ПГГ).
  • программный пакет «Варикард» для обработки ритмокардиограмм, и новый собственный программный пакет для формирования и графического анализа комплексных паттернов вариабельности сердечного ритма.
Техническое обеспечение
  • 132-ядерный многопроцессорный Linux кластер ИМПБ РАН с комплексом программных средств (в том числе Gaussian-98 с программой Linda для параллельных процессоров, пакет MOPAC с методом PM6),
  • ряд персональных ЭВМ разного уровня и ноутбуков (на базе различных процессоров типа Intel-Pentium-IV, в т. ч. многоядерных комплексов).
  • постоянный удаленный доступ к интер-активной работе на многоядерном Linux кластере Университета Авейро (Португалия) с ab initio программными пакетами AIMPRO и VASP (в рамках совместных проектов и Договора о сотрудничестве "ИМПБ-УА").
  • компьютерные комплексы ряда лабораторий по совместным проектам и в рамках Договоров о взаимном сотрудничестве: Центра исследования керамики и композитов (ЦИКЕКО) Университета Авейро (Португалия), Института электротехнической физики Университета Саарленда (Германия), Института биомедицинской техники и нанотехнологии Рижского технического университета (Латвия); а также Центра "Современные нанотехнологии" Уральского Федерального Университете и кафедры физики Физического факультета Южного Федерального Университет (Россия).
Гранты и проекты
  • 2014 - 2018
    • РФФИ (RFBR) ПРОЕКТ 16-51-53-017 ГФЕН_а "Исследование молекулярных механизмов переключения поляризации в полимерных ПВДФ / П(ВДФ-ТрФЭ) сегнетоэлектрических ультратонких пленках на наноуровне" (2016-2017)
    • РФФИ (RFBR) ПРОЕКТ 15-01-04924 А "Компьютерное исследование сегнетоэлектрических свойств новых нано-биоматериaлов и биомолекулярных структур" (2015-2017)
    • РФФИ (RFBR) ПРОЕКТ 14-31-50605 мол_нр "Компьютерное исследование переключения поляризации в ПВДФ и П(ВДФ-ТрФЭ)" (2014)
  • 2004-2012
    • INTAS 03-51-3967 "Ferroelectricity on the molecular level"(2004-2006);
    • INTAS 05-1000008-8091 "Polarization-driven self-assembly of organic and biomaterials using ultrathin ferroelectric polymers" (2006-2009);
    • NMP3-CT-2003-504937 "PERCERAMICS" (FP6 of EC) "Multifunctional percolated nanostructured ceramics fabricated from hydroxylapatyte" (2005-2008)
    • РФФИ (RFBR) ПРОЕКТ 05-02-16871 «Сегнетоэлектричество на молекулярном уровне в ультра-тонких пленках (совместно с Институтом кристаллографии РАН) (2005-2007)
    • DAAD (Немецкое общество академических обменов) grant No 325 «Ferroelectricity on the molecular level» (2006)
    • DFG (Немецкое научное общество) grant KL 654/25-1 AOBJ: 539404 «Modelling of Ferroelectricity in thin PVDF-copolymer films» (2007)
    • DFG (Немецкое научное общество) grant KL 654/29-1 AOBJ: 550297 «Modeling of Ferroelectric properties of PVDF-copolymer films between metallic electrodes» (2008)
    • DAAD (Немецкое общество академических обменов) grant No 325-A09/03515 «Modeling of PVDF chain dipole interactions with electrodes and influence of electrodes on PVDF Ferroelectric properties» (2009)
    • Фонд науки и технологии Португалии - Fundacao para a Ciencia e a Tecnologia (FCT, Portugal) грант SFRH/ BPD/22230 /2005 « Development of polar nano-materials, based on polymer ferroelectric films and self-assembled molecules for biological and memory applications» (2006 – 2012)
  • 1999-2003
    • международный проект "Ion Channels" (совместно с Городским университетом Нью-Йорка, США), (1999 – 2001),
    • РФФИ (RFBR) ПРОЕКТ 00-02-16682 Исследование сегнетоэлектрических систем с водородными связями и внедренными биомолекулярными компонентами (2000-2002)
Госбюджетные темы
  • "Математическое моделирование ионных каналов возбудимых биологических мембран". Номер гос. Регистрации 01.200 409640. Закончена. Период 2006 – 2008 гг. Отчет сдан.
  • "Моделирование формирования и динамики повеления полярных биомолекулярных наноструктур и композитов". Период 2009 – 2012 гг. Номер гос. Регистрации 01 200 952314.
Состав группы (в настоящий момент, март 2012 года, предыдущий состав группы был в 2000-2011)
Группа входит в состав ОПИТ ИМПБ РАН
  • Быстров Владимир Сергеевич, д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник - руководитель лаборатории
  • Парамонова Екатерина Владимировна, к.ф.-м.н., научный сотрудник
  • Баумуратова Татьяна Русланбиевна, к.ф.-м.н., научный сотрудник
  • Быстрова Анна Владимировна, младший научный сотрудник
  • Геворкян Варсеник Ервандовна, младший научный сотрудник по РФФИ грантам (магистрант Южного Федерального университета)
  • Авакян Леон Александрович, к.ф.-м.н., научный сотрудник по РФФИ грантам (доцент Южного Федерального университета)
  • Камышлов Владимир В., бывший аспирант ПущГУ (внештатно)
  • Сапронова Алла Вячеславовна, к.ф.-м.н., научный сотрудник (внештатно)
  • Филлипов Сергей Валерьевич, научный сотрудник ОПИТ (совмест.)
  • Зайцев Александр Юрьевич, научный сотрудник ОВИР (совмест.)
  • Быстрова Наталья Константиновна, к.б.н., старший научный сотрудник (по совместительству с ИТЭБ РАН, период работы 2000 — 2009 гг.)
  • Основные публикации