<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">mateltech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Materialy Elektronnoi Tekhniki = Materials of Electronics Engineering</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1609-3577</issn><issn pub-type="epub">2413-6387</issn><publisher><publisher-name>MISIS</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.17073/1609-3577-2016-2-124-132</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">mateltech-272</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Физические свойства и методы исследования</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>PHYSICAL CHARACTERISTICS AND THEIR STUDY</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Функциональные 2D–наноматериалы для оптоэлектронной техники на основе ленгмюровских пленок бактериородопсина</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Functional 2D nanomaterials for optoelectronic equipment on the basis of langmuir–blodgett bacteriorhodopsin films</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Валянский</surname><given-names>С. И.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Valyanskii</surname><given-names>S. I.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Валянский Сергей Иванович — кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник</p><p>ул. Вавилова, д. 38, Москва, 119991 U;mso-fareast-language: EN-US;mso-bidi-language:AR-SA'&gt;сотрудник</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Sergei I. Valyanskii — Cand. Sci (Phys.-Math.), Senior Researcher </p><p>38 Vavilov Str., Moscow 119991</p></bio><email xlink:type="simple">sergv3@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Наими</surname><given-names>Е. К.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Naimi</surname><given-names>E. K.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Наими Евгений Кадырович — доктор физико- математических наук, профессор</p><p>Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049 </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Eugene K. Naimi— Dr. Sci (Phys.-Math.), Professor </p><p>4 Leninskiy Prospekt, Moscow 119049</p><p> </p></bio><email xlink:type="simple">e.naimi@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Кожитов</surname><given-names>Л. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Kozhitov</surname><given-names>L. V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Кожитов Лев Васильевич— доктор технических наук, профессор</p><p>Ленинский просп., д. 4, Москва, 119049 </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Lev V. Kozhitov — Dr. Sci (Eng.), Professor </p><p>4 Leninskiy Prospekt, Moscow 119049</p></bio><email xlink:type="simple">kozitov@misis.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Учреждение Российской академии наук «Институт общей физики им. А. М. Прохорова»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>National University of Science and Technology «MISIS»</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2016</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>30</day><month>06</month><year>2016</year></pub-date><volume>19</volume><issue>2</issue><fpage>124</fpage><lpage>132</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Валянский С.И., Наими Е.К., Кожитов Л.В., 2016</copyright-statement><copyright-year>2016</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Валянский С.И., Наими Е.К., Кожитов Л.В.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Valyanskii S.I., Naimi E.K., Kozhitov L.V.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://met.misis.ru/jour/article/view/272">https://met.misis.ru/jour/article/view/272</self-uri><abstract><p>Протестированы возможности создания на основе мономолекулярных слоев бактериородопсина (БР) высокочувствительных и высокоселективных биосенсоров, основанных на генерации второй гармоники и возбуждении поверхностных плазмон-поляритонных волн. Для этой цели использованы различные оптические и нелинейно-оптические методы исследования пленок Ленгмюра—Блоджетт с тем, чтобы сохранить все специфические свойства, присущие молекулам БР, при переносе их с водной поверхности на твердую подложку. Показано, что метод генерации второй гармоники может быть эффективно использован для анализа ориентации молекул БР и качества пленок Ленгмюра—Блоджетт. Измеренное значение нелинейной оптической восприимчивости второго порядка молекул БР составило 3,4 · 10-11 м/В. Относительное изменение резонансного значения волнового вектора — (3,6 ± 0,1) · 10-2 при длине волны возбуждающего света 630 нм. Получен спектр БР, вызванный возбуждением поверхностных плазмон- поляритонных волн падающим излучением. По результатам проведенных исследований предложены оригинальные схемы биосенсоров, использующих генерацию второй гармоники и поверхностно-плазмонный резонанс при отражении сигнала основной частоты от монослоев БР. Схема апробирована на макете прибора. Показана возможность получения чувствительности порядка 1011 мол/см3.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>We have tested the possibility of using monomolecular layers of bacteriorhodopsin (BR) for the synthesis of highly sensitive and highly selective sensors based on second harmonic generation and surface plasma waves. We have used various methods to study the optical and nonlinear optical properties of Langmuir-Blodgett films of BR in order to clarify the extent to which specific properties of BR molecules are retained during their transfer from the surface of water to a solid substrate. We show that the second harmonic generation method is efficient for analyzing the molecular orientation and quality of Langmuir-Blodgett films. The experimental nonlinear optical susceptibility of second order BR molecules is 3.4 · 10-11 m/V. The relative change in the resonant wave vector is (3.6 ± 0.1)·10-2 at an excitation light wavelength of 630 nm. We have obtained a BR spectrum with the effective excitation by incident radiation of surface plasma waves. On the basis of these studies, we have proposed new schemes of biosensors operating on the basis of second harmonic generation and surface plasma resonance caused by fundamental frequency reflection from BR monomolecular layers. This scheme was tested for a model device and demonstrated the possibility of obtaining sensitivities of the order of 1011 molecules/cm3.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>2D-наноматериалы</kwd><kwd>пленки Ленгмюра—Блоджетт</kwd><kwd>бактериородопсин</kwd><kwd>поверхностные плазмон- поляритонные волны</kwd><kwd>генерация второй гармоники</kwd><kwd>биосенсоры</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>2D-nanomaterials</kwd><kwd>Langmuir-Blodgett films</kwd><kwd>bacteriorhodopsin</kwd><kwd>surface plasma waves</kwd><kwd>second harmonic generation</kwd><kwd>biosensors</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Министерство образования и науки РФ (грант РПН.2.1./1552)</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">Ministry of Education and Science of the Russian Federation (Grant No. RPN.2.1./1552)</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Валянский, С. И. Наноматериалы. Ленгмюровские пленки / С. И. Валянский, Е. К. Наими. - М.: Изд. Дом МИСиС, 2014. - 188 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Valyanskii S. I., Naimi E. K. Nanomaterialy. Lengmyurovskie plenki [Nanomaterials. langmuir films]. Moscow: Izd. dom MISiS, 2014. 188 p. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Валянский, С. И. Введение в физику поверхностных электромагнитных волн: Получение, регистрация и применение / С. И. Валянский, Е. К. Наими. - Saarbrücken: Международный Издательский Дом LAP LAMBERT Academic Publishing: AV Akademikerverlag GmbH &amp; Co. KG, 2013. - 180 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Valyanskii S. I., Naimi E. K. Vvedenie v fiziku poverhnostnyh elektromagnitnyh voln: Poluchenie, registraciya i primenenie [Introduction into the physics of surface electromagnetic waves. Generation, registration and applications]. Saarbrücken: LAMBERT Academic Publishing: AV Akademikerverlag GmbH &amp; Co. KG, 2013. 180 p. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Балашев, С. П. Фотохимические превращения бактериородопсина / С. П. Балашев, Ф. Ф. Литвин. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - С. 164.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Balashev S. P., Litvin F. F. Fotohimicheskie prevrasheniya bakteriorodopsina [Photochemical transformations of bacteriorhodopsin]. Moscow: Izd-vo MGU, 1985. 164 p. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hwang, S. B. Structural and spectroscopic characteristics of bacteriorhodopsin in air-water interface films / S. B. Hwang, J. I. Korenbrot, W. Stoeckenius // J. Membran. Biol. - 1977. - V. 36, N 1. - P. 115—135. DOI: 10.1007/BF01868147</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hwang S. B., Korenbrot J. I., Stoeckenius W. Structural and spectroscopic characteristics of bacteriorhodopsin in air-water interface films. J. Membrane Biol. 1977, vol. 36, no. 1, pp. 115—135. DOI: 10.1007/BF01868147</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Горшков, М. М. Эллипсометрия / М. М. Горшков. - М.: Сов. радио, 1974. - 200 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gorshkov M. M. Ellipsometriya [Ellipsometry]. Moscow: Sovetskoe radio, 1974. 200 p. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Скулачев, В. П. Энергетика биологических мембран / В. П. Скулачев. - М.: Наука, 1989. - 564 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Skulachev V. P. Energetika biologicheskih membran [Power engineering of the biological membranes]. Moscow: Nauka, 1989.564 p. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hwang, S. B. Transient photovoltages in purple membrane multilayers. Charge displacement in bacteriorhodopsin and its photointermediates / S. B. Hwang, J. I. Korenbrot, W. Stoeckenius // Biochim. et Biophys. Acta (BBA) - Biomembranes. - 1978. - V. 509, N 2. - P. 300—317. DOI: 10.1016/0005-2736(78)90049-4</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hwang S. B., Korenbrot J. I., Stoeckenius W. Transient photovoltages in purple membrane multilayers. Charge displacement in bacteriorhodopsin and its photointermediates. Biochim. et Biophys. Acta. 1978, vol. 509, no. 2, pp. 300—317. DOI: 10.1016/00052736(78)90049-4</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Акципетров, О. А. Генерация второй гармоники при отражении от мономолекулярного ленгмюровского слоя / О. А. Акципетров, Н. Н. Ахмедиев, Е. Д. Мишина, В. Р. Новак // Письма в ЖЭТФ. - 1983. - Т. 37. - С. 175—176.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Akcipetrov O. A., Ahmediev N. N., Mishina E. D., Novak V. R. Second harmonic generation for monomolecular langmuir layer reflection. Pis’ma v zhurnal eksperimental’noi i teoreticheskoi fiziki = JETP Lett. 1983, vol. 37, pp. 175—176. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Акципетров, О. А. Исследование структуры ленгмюровских пленок методом генерации отраженной второй гармоники / О. А. Акципетров, Н. Н. Ахмедиев, И. М. Баранова, Е. Д. Мишина, В. Р. Новак // ЖЭТФ. - 1985. - Т. 89. - С. 911—921.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Akcipetrov O. A., Ahmediev N. N., Baranova I. M., Mishina E. D., Novak V. R. Study of langmuir films by second harmonic generation reflection. Zhurnal eksperimental’noi i teoreticheskoi fiziki =J. Exp. Theor. Phys. (JETP). 1985, vol. 89, pp. 911—921. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Кирьянов, А. В. Нелинейно-оптические свойства бактериородопсина в многослойных пленках Ленгмюра-Блоджетт / А. В. Кирьянов, И. А. Масляницин, В. В. Савранский, В. Д. Шигорин, Х. Лемметийнен // Квантовая электроника. - 1997. - Т. 26, № 1. - С. 85—88.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kir’yanov A. V., Maslyanicin I. A., Savranskii V. V., Shigorin V. D., Lemmetiinen H. Nonlinear optical properties in multilayered Langmuir-Blodgett films. Kvantovaya elektronika. 1997, vol. 26, no. 1, pp. 85—88. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Алексеев, А. С. Нелинейно-оптические свойства Ленгмюра-Блоджетт монослоев бактериородопсина / А. С. Алексеев, С. И. Валянский, В. В. Савранский // Тр. ин-та общей физики. - 1992. - Т. 38. - С. 131—148.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alekseev A. S., Valyanskii S. I., Savranskii V. V. Nonlinear optical properties of bacteriorhodopsin Langmuir-Blodgett monolayers. Trudy instituta obshei fiziki. 1992, vol. 38, pp. 131—148. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Алексеев, А. С. Исследование ленгмюровских пленок бактериородопсина методом генерации второй гармоники / А. С. Алексеев, С. И. Валянский, В. В. Савранский // Краткие сообщения по физике. - 1989. - № 2. - С. 35—36.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alekseev A. S., Valyanskii S. I., Savranskii V. V. Study of Langmuir bacteriorhodopsin monolayers by second harmonic generation. Kratkie soobsheniya po fizike. 1989, no. 2, pp. 35—36. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Валянский, С. И. Современные методы исследования наноструктур. Метод оптической поверхностно-плазмонной микроскопии / С. И. Валянский, Е. К. Наими. - М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. - 173 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Valyanskii S. I., Naimi E. K. Sovremennye metody issledovaniya nanostruktur. Metod opticheskoi poverhnostno-plazmonnoi mikroskopii [Advanced nanostructure study methods. Optical surface plasma miscoscopy]. Moscow: Izd. dom MISiS, 2011. 173 p. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Otto, A. Exitation of nonradiactive surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflexion / A. Otto // Zeitschrift für Physik. - 1968. - Bd. 216, N 4. - S. 398–410. DOI: 10.1007/BF01391532</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Otto A. Excitation of nonradiative surface plasma waves in silver by the method of frustrated total reflection. Ztschr. Physik. 1968, bd. 216, no. 4, pp. 398—410. DOI: 10.1007/BF01391532</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Kretschmann, E. Die Bestimmung optischer Konstanten von Metallen durch Anregung von Oberflächenplasmaschwingungen / E. Kretschmann // Zeitschrift für Physik A. Hadrons and nuclei. - 1971. - Bd. 241, N 4. - S. 313—324. DOI: 10.1007/BF0139542</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kretschmann E. Bestimmung optischer Konstanten von Motailen durch Anregung von Oberflachenplasmaschwingungen. [Determination of optical constants of Motailen by activation of surface plasmons] Ztschr. Physik. 1971, bd. 241, no. 4, pp. 313—324. (In Ger.) DOI: 10.1007/BF0139542</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Абельс, Ф. Поверхностные поляритоны на металлических поверхностях и границах раздела / Ф. Абельс, Т. Лопес-Риос // Поверхностные поляритоны. - М.: Наука, 1985. - С. 167—189.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Abel‘s F., Lopes-Rios T. Poverhnostnye polyaritony na metallicheskih poverhnostyah i granicah razdela [Surface polaritons on metallic surfaces and interfaces]. V kn.: Poverhnostnye polyaritony [Surface polaritons]. Moscow: Nauka, 1985. Pp. 167—189. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Алексеев, А. С. Рассеяние света на поверхностных плазмонах и гигантское комбинационное рассеяние монослоев бактериородопсина / А. С. Алексеев, С. И. Валянский, X. Леметюйнен, A. M. Прохоров, В. В. Савранский // Краткие сообщения по физике. - 1989. - № 9. - С. 53—55.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alekseev A. S. Valyanskii S. I., Lemetyuinen X., Prohorov A. M., Savranskii V. V. Light scattering on surface plasmons and giant Raman scattering of bacteriorhodopsin monolayers. Kratkie soobsheniya po fizike. 1989, no. 9, pp. 53—55. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Чен, И. Дж. Трехволновые нелинейные взаимодействия с участием поверхностных поляритонов: Комбинационное рассеяние, дифракция и параметрическое смешение света / И. Дж. Чен, Е. Бурштейн // Поверхностные поляритоны. - М.: Наука, 1985. - С. 410—439.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Chen I. Dzh., Burshtein E. Trehvolnovye nelineinye vzaimodeistviya s uchastiem poverhnostnyh polyaritonov: Kombinacionnoe rasseyanie, difrakciya i parametricheskoe smeshenie sveta [Triple-wave nonlinear interactions of surface polaritons: Raman scattering, diffraction and parametrical light shift]. V kn.: Poverhnostnye polyaritony [Surface polaritons]. Moscow: Nauka, 1985. Pp. 410—439. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Smith, S. О. Determination of retinal chromophore structure in bacteriorhodopsin with resonance Raman spectroscopy / О Smith., J. Lugttnburg, R. A. Mathies // J. Membran. Biol. - 1985. - V. 85, N 2. - P. 95—109. DOI: 10.1007/BF01871263</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Smith S. O., Lugttnburg J., Mathies R. A. Determination of retinal chromophore structure in bacteriorhodopsin with resonance Raman spectroscopy. J. Membran. Biol. 1985, vol. 85, no. 2, pp. 95—109. DOI: 10.1007/BF01871263</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit20"><label>20</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Набиев, И. Р. Гигантское комбинационное рассеяние и его применение к излучению биологических молекул / И. Р. Набиев, Р. Г. Ефремов, Г. Д. Чуманов // УФН. - 1988. - Т. 154. - С. 459—496. DOI: 10.3367/UFNr.0154.198803d.0459</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nabiev I. R., Efremov R. G., Chumanov G. D. Surface-enhanced Raman scattering and its application to the study of biological molecules. Sov. Phys. Usp. 1988, vol. 31, pp. 241—262. DOI: 10.1070/ PU1988v031n03ABEH005720</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
