Samsung разрабатывает графеновую батарею

Samsung разрабатывает графеновую батарею

Смартфоны и портативные электронные устройства вездесущи в мире, в котором мы живем сегодня. Мы в значительной степени полагаемся на эти гаджеты для выполнения широкого круга ежедневных задач – от простых напоминаний и событий календаря до более сложных заданий и приложений в качестве мощных бизнес-инструментов. В какой-то момент мы окажемся в комнате, ища вилку или USB-разъем, поскольку кабель болтается у нас в руках, потому что литий-ионные аккумуляторы, которые в настоящее время питают наши устройства, все еще держат только ограниченный заряд.

Джош Миллер / CNET

[1945900]

Однако, разочарования, такие как это, могли скоро уйти в прошлое. По словам надежного технического советника Эвана Бласса, Samsung готовит к 2021 году запуск своей обычно ожидаемой серии Galaxy, которая будет оснащена более эффективной и долговечной графеновой батареей.

В понедельник Эван Бласс написал в Твиттере: « Samsung надеется иметь по крайней мере одну трубку в следующем году или в 2021 году, как мне сказали, в которой вместо графитовой батареи будет ».

Способные к полной зарядке менее чем за полчаса, им все равно необходимо увеличить мощности при одновременном снижении затрат.

Эван Бласс

Считается, что графеновые батареи являются оптимальным решением и альтернативой существующему на рынке литий-ионному аккумулятору. Обладая более высокой электрической и теплопроводностью по сравнению с литий-ионными растворами, графен также превосходен благодаря своим легким, гибким и долговечным качествам. По этим причинам мы можем начать понимать, почему графен был провозглашен «чудодейственным материалом».

Итак, каковы будут преимущества использования графена в качестве альтернативы ионно-литиевым батареям?

Тонкие решения : уже обсуждая, как графен является легким, мы также должны учитывать, что при укладке 3 миллионов слоев этого материала его толщина составляет всего 1 мм. Это может означать, что производители могут размещать небольшие аккумуляторные батареи большой емкости в устройствах, чтобы уменьшить общий размер устройства для компактности или расширить другие возможности и общую производительность.

Более быстрое время зарядки : это увеличивает срок службы батареи по сравнению с литий-ионными батареями, поскольку возможности графена по проводимости практически не оказывают сопротивления потоку электронов.

Снижение тепловой мощности : благодаря своей способности рассеивать тепло гораздо эффективнее, графен может снизить рабочую температуру интеллектуальных устройств. Это означает лучшую производительность и безопасность при зарядке или эксплуатации устройства для сложных задач или игр.

Они могут представлять особый интерес для такой компании, как Samsung, на которой ранее были проблемы с батареями, особенно в связи с проблемами перегрева Note7 еще в 2016 году. Это привело к тому, что Samsung также внедрила процесс проверки из восьми пунктов для батарей. как наращивание исследований в области аккумуляторных технологий и значительный прогресс в последние годы.

Нам нужно оглянуться только на 2017 год, когда Samsung сообщила, что ее исследователи разработали материал «шарик графена», способный в пять раз быстрее заряжаться по сравнению со стандартными литий-ионными батареями. В сочетании с последними заявлениями Бласса, можно ожидать, что мы увидим, что графеновые батареи станут массовыми в течение следующих нескольких лет.

Поскольку продукты, по-видимому, изначально ограничены выбором смартфонов и интеллектуальных устройств, мы также можем ожидать дальнейших разработок в других приложениях для графена в ближайшие годы. Например, Tesla проявляют интерес к металлическим воздушным батареям, которые используют графеновый стержень в качестве катода. Аккумуляторы такого типа могут повысить КПД батареи в пять раз при стоимости одной трети стоимости, и из-за большего содержания углерода, по сравнению с редким металлом, таким как литий, производители будут продолжать исследовать его потенциал, пытаясь использовать графен как материал практически во всем с момента его открытия в 2004 году.

Итак, было бы достаточно сказать, что графеновые батареи определенно должны изменить правила игры и положить конец паническим поискам места для зарядки устройств или переноски нескольких зарядных устройств, чтобы пережить напряженный день.

Source link

Технология 3D-соединений для футуристической биоэлектроники

Технология 3D-соединений для футуристической биоэлектроники

[1945

Ношение умных часов больше не заставляет выглядеть круто. Эта тенденция давно исчезла, и недавно носимый биотехнологический сектор объявил о своем голодном голоде на футуристические продукты. Наклейки для мониторинга показателей жизнедеятельности, защитные очки, которые отслеживают мозговые волны, и даже очки для чтения мыслей.

Графическое резюме работы. Углеродные нанотрубки с платиновым (Pt) декорированием демонстрируют высокое сродство с жидкими металлами (слева), что приводит к равномерной дисперсии углеродных нанотрубок в жидком металле, образуя растягиваемый металлический композит (посередине). Растягиваемый металлический композит обладает превосходными механическими свойствами, чем нетронутый жидкий металл, и, таким образом, подходит для формирования рисунка в виде последовательно-тонких (то есть с высоким разрешением) трехмерных структур (справа).

Это лишь некоторые из новейших продуктов, о которых говорили на конференциях Wearable Tech, Digital Health и Neurotech Silicon Valley в 2019 году. Не быть уверенным, что все эти носимые модели могут завоевать популярность, но очевидно одно: в области носимых технологий появляется все больше и больше. Этот неограниченный потенциал, однако, сдерживался техническими ограничениями: эти носимые устройства никогда по-настоящему не ощущались «носимыми» для своих пользователей.

Хотя они должны были чувствовать себя второй кожей пользователя, теоретически было сложно разработать «носимые» устройства, которые можно легко сгибать и растягивать, а также поддерживать хорошие возможности записи данных на мягкой и изогнутой коже. , Носимые интеллектуальные устройства собирают биологические измерения человека, связывая электроды с поверхностью кожи. Устройство имеет 3D-образную электродную разводку (а именно межсоединения), которые передают электрические сигналы.

До настоящего времени не только проводки могли быть сформированы на твердой поверхности, но также и части таких межсоединений из деликатных и трудно растягиваемых металлов, таких как медь, золото и алюминий.

В статье, недавно опубликованной в журнале Nano Letters группа исследователей во главе с профессором Джанг-Унгом Парком в Центре наномедицины при Институте фундаментальных наук (IBS) в Тэджоне, Южная Корея и профессор Чанг Янг Ли из Ульсанского национального института науки и технологии (UNIST) в Ульсане, Южная Корея, сообщили о полностью трансформируемых электродных материалах, которые также обладают высокой электропроводностью.

В частности, этот новый композит чрезвычайно тонкий, диаметром 5 мкм, что составляет половину ширины обычной проволочной связи. Разрешая все более тонкие трехмерные межсоединения, это исследование может помочь изменить физическую форму интеллектуальных гаджетов, помимо усиления их технических функций.

Исследовательская группа использовала жидкие металлы (LM) в качестве ключевого субстрата, поскольку LM очень растяжимы и имеют сравнительно высокую проводимость, похожую на твердые металлы. Для повышения механической стабильности металлической жидкости углеродные нанотрубки (УНТ) были распределены равномерно. «Чтобы иметь однородную и гомогенную дисперсию УНТ в жидком металле, мы выбрали платину (Pt) для того, чтобы иметь сильное сродство как к УНТ, так и к LM, в качестве смесителя, и это работало», сказал Янг-Гын Парк, первый автор исследования.

Это исследование также показало новую технологию межсоединений, которая может создать очень проводящую трехмерную структуру при комнатной температуре: для обеспечения высокой проводимости новая система не нуждается ни в каком процессе нагрева или сжатия. Кроме того, мягкий и растягивающийся характер нового электрода позволяет легко проходить через сопло с небольшим диаметром. Команда использовала насадку для прямой печати различной трехмерной структуры рисунков.

Пак объясняет, «Формирование 3D-соединений с высокой проводимостью при комнатной температуре является важной технологией, которая позволяет использовать различные гибкие электронные материалы. Технология соединения проводов, используемая в существующих электронных устройствах, образует межсоединения с использованием тепла, давления или ультразвуковых волн, которые могут повредить мягкие, похожие на кожу устройства. Они были большой проблемой в процессе производства высокопроизводительных электронных устройств ».

Он заметил, что заостренное сопло также позволяет преобразовывать предварительно напечатанный рисунок в другую трехмерную структуру, таким образом, имея функцию электрода, например, «переключатель» для включения и выключения питания.

Используя технологию прямой печати, 3D-печать с высоким разрешением этого композита создает автономные, проводные соединения. Это новое растягиваемое трехмерное электрическое соединение, в частности, содержит сверхтонкие провода диаметром до 5 мкм. Более ранние исследования растягиваемых металлов позволили создать только проволочные линии диаметром несколько сотен микрометров. По сравнению с обычным соединением проводов новая система еще тоньше.

Возможно, вскоре мы сможем попрощаться с этими громоздкими интерфейсами на основе скинов, поскольку эта свободно трансформируемая сверхтонкая технология 3D-соединения станет большим прорывом в усилиях отрасли по созданию когда-либо компактных стройные гаджеты.

Чанг-Унг Парк, корреспондент исследования и профессор, Центр наномедицины, IBS

Джанг-Унг Парк добавил: « Размывая границу между человеческим телом и электрическими устройствами, эта новая технология облегчит производство более интегрированных и высокопроизводительных полупроводниковых компонентов для использования в существующих компьютерах и смартфонах, а также что касается гибких и растягиваемых электронных устройств ».

Источник: https://www.ibs.re.kr/

Source link

Новый перестраиваемый 2D материал обещает оптоэлектронику

Новый перестраиваемый 2D материал обещает оптоэлектронику

Исследователи из лаборатории Университета Райса работают над тем, чтобы продукты выглядели четкими даже в наноразмерном масштабе. Это самое новое творение лаборатории.

Смежные кристаллические структуры диселенида рения (вверху) и диселенида молибдена образуют резкий двухсторонний гетероструктурный домен с двухвалентным дихектрульгеном из двух переходных металлов с дихентруктогенидом переходного металла , Уникальный материал, созданный в Университете Райса, является перспективным для применения в оптоэлектронике. (Предоставлено Центром нанофазных материаловедения и Ajayan Research Group)

Исследователь материалов из рисовой лаборатории Пуликель Аджаян разработал эксклюзивные двумерные (2D) чешуйки двух разных личностей: диселенид молибдена, образующий одну сторону резкого разрыва с диселенидом рения с другой.

Судя по тому, что двухтонному материалу это нравится, он растет естественным образом – хотя и в трудных условиях – в печи для химического осаждения из паровой фазы.

Материал представляет собой двухмерную дихалькогенидную гетероструктуру с переходным металлом, кристалл с более чем одним химическим элементом. Само по себе это не редкость, но четкая зигзагообразная граница между элементами в материале, описанном в журнале Американского химического общества Nano Letters является отличительной.

Дихалькогениды представляют собой полупроводники, которые включают переходные металлы и халькогены. Они являются благоприятным компонентом для оптоэлектронных приложений, таких как фотоприемники, солнечные элементы и чувствительные устройства. Ведущий автор Ами Апте, аспирант Райс, сказал, что они также могут быть идеальными материалами для нейроморфных или квантовых вычислений, которые имитируют структуру человеческого мозга.

Апте сказал, что хорошо известные атомно-плоские гетероструктуры молибден-вольфрам-дихалькогенид могут быть более похожими на сплавы с диффузными границами между их кристаллическими доменами. Тем не менее, новый материал – в принципе, 2H MoSe 2 -1T 'ReSe 2 – состоит из атомарно острых границ, которые дают ему меньшую запрещенную зону, чем другие дихалькогениды.

Вместо того, чтобы иметь одну уникальную запрещенную зону, основанную на составе сплава, мы можем настроить запрещенную зону в этом материале очень управляемым способом . Сильное различие между двумя смежными атомно тонкими доменами открывает новые возможности.

Эми Апте, ведущий автор исследования и аспирант, Университет Райса

Он сказал, что диапазон напряжений был в основном между 1,5 и 2,5 электрон-вольт.

Выращивание материалов надежно включало формирование фазовой диаграммы, которая предписывала, как каждый параметр – температура, баланс предшественника химического газа и время – влияет на процесс. Аспирантка Райс и соавтор Сандхья Сусарла сказала, что эта диаграмма служит дорожной картой для производителей.

Самая большая проблема в этих 2D материалах заключается в том, что они не очень воспроизводимы. Они очень чувствительны ко многим параметрам, потому что процесс кинетически контролируется. Но наш процесс является масштабируемым, потому что он термодинамически контролируется . У производителей не так много параметров для просмотра. Им просто нужно посмотреть на фазовую диаграмму, контролировать состав, и они будут получать продукт каждый раз.

Сандхья Сусарла, соавтор исследования и аспирант, Университет Райса

Ученые считают, что они могут лучше контролировать форму материала, изменяя субстрат для эпитаксиального роста. Приспособление атомов к месту в соответствии с собственной атомной установкой на поверхности позволило бы улучшить настройку.

Соавторами статьи являются аспирантка Райс Лукас Сасси; бывший докторский научный сотрудник Чонвон Юн, в настоящее время старший научный сотрудник Корейского института фундаментальных наук; Палаш Бхарадвадж, доцент Texas Instruments по электротехнике и вычислительной технике; выпускник Чандра Сехар Тивари, в настоящее время доцент Индийского технологического института, Харагпур; и Джеймс Тур, T.T. и W.F. Чао Кафедра химии, профессор компьютерных наук, материаловедения и наноинженерии; Аравинд Кришнамурти, Раджив Калия, Айитиро Накано и Прия Вашишта из Университета Южной Калифорнии, а также Джордан Хахтел и Хуан Карлос Идробо из Национальной лаборатории Ок-Риджа.

Аджаян является председателем факультета материаловедения и наноинженерии Райс, профессором Бенджамина М. и Мэри Гринвуд Андерсон в области инженерии и профессором химии.

Исследование было поддержано Министерством энергетики, Управлением науки, фундаментальных энергетических наук и Управлением научных исследований ВВС.

Источник: https://www.rice.edu/

Source link

Химики разрабатывают новый протокол для улучшения 2D-материала с помощью углеродных цепей

Химики разрабатывают новый протокол для улучшения 2D-материала с помощью углеродных цепей

Несмотря на то, что гексагональный нитрид бора (h-BN), как известно, является жестким, исследователи из Университета Райс делают этот материал более легким в освоении.

Чешуйка функционализированного гексагонального нитрида бора, созданная в Райсе, как видно из просвечивающего электронного микроскопа. (Изображение предоставлено: Angel Martí Group)

Двумерный (2D) h-BN представляет собой изолирующий материал и также упоминается как «белый графен». Он является отличным проводником тепла – преимущество для композитов, которые зависят от него, чтобы улучшить свои свойства, – и также в четыре раза жестче стали. Эти качества затрудняют модификацию h-BN.

Кроме того, его тесная гексагональная решетка чередующихся атомов азота и бора чрезвычайно устойчива к изменениям, в отличие от других двумерных материалов, включая графен, которые могут быть легко изменены – или функционализированы – другими элементами.

Протокол по улучшению h-BN с углеродными цепями был опубликован химиком из лаборатории Райса Анхелем Марти. Этот процесс превращает 2D твердый h-BN в материал, который в большей степени способствует связыванию с полимерами или другими типами материалов в композитах, но при этом сохраняет свою прочность.

В статье лаборатории, опубликованной в Журнале физической химии Американского химического общества указывается, что материал h-BN также можно сделать более диспергируемым в органических растворителях.

Вместе со своей командой Марти изменил процесс реакции Биллапса-Берча, который они эффективно использовали для модификации нанотрубок нитрида бора, чтобы атаковать защиту ковалентно связанных углеродов и h-BN.

В 2004 году заслуженный профессор химии Райс Эдвард Биллапс улучшил восстановление березы, чтобы функционализировать углеродные нанотрубки. Первоначально обнаруженная в 1940-х годах, восстановление березы освобождает электроны от прилипания к другим атомам. В протоколе Райса Марти и его группа смогли регулировать количество функционализации h-BN, изменяя количество лития в реакции.

Поскольку литий является щелочным металлом, он выделяет свободные электроны при интеграции со сжиженным аммиаком. При объединении с источником углерода – в данном случае 1-бромдодеканом – и хлопьями h-BN в результате реакции образуется алкильный радикал, тип химических соединений, которые реагируют с h-BN и образуют связь.

По словам Марти, это лучший метод, открытый на сегодняшний день для изменения h-BN, который устойчив к изменениям даже при экстремальных температурах.

Вы берете немного графита и помещаете его в печь при температуре 800 градусов по Цельсию, и он исчезнет. Вы берете гексагональный нитрид бора и делаете то же самое, и он все еще будет там улыбаться вам .

Анхель Марти, химик и доцент кафедры химии, биоинженерии, материаловедения и наноинженерии, Университет Райса

« Это дает вам представление о том, насколько оно стабильно, и именно эту проблему мы хотели решить », – заявил Марти. « Материал хорош для определенных применений, но чтобы контролировать его свойства для производства, вы должны прививать различные группы на поверхность ».

Молярное отношение лития к h-BN 20: 1 улучшило процесс прививки углеродных цепей к краям и поверхности, сказал он. Поскольку основание h-BN продолжает оставаться стабильным при экстремальных температурах, его можно вернуть в идеальное состояние, просто сгорев в функциональных цепях.

Известно, что H-BN является природно гидрофильным или привлекающим воду, но функциональные атомы углерода делают их почти супергидрофобными или избегающими воды – отличная черта для создания защитных пленок, добавил Марти. Однако даже когда чешуйки улучшаются, они остаются способствующими дисперсии в неполярных растворителях.

Марти сообщил, что его команда исследует другие типы молекул, которые могут быть привиты на белый графен.

А как насчет бензольных групп? А как насчет эфиров? А как насчет групп, которые сделают его совместимым с другими материалами ? Существует большой интерес к созданию композиционных материалов между h-BN, нанотрубками нитрида бора и полимерами. В конечном счете, мы хотели бы привить различные группы на h-BN и создать библиотеку, своего рода набор инструментов, из функциональных групп, которые можно использовать с этими материалами .

Анхель Марти, химик и доцент кафедры химии, биоинженерии, материаловедения и наноинженерии, Университет Райса

Ведущий автор статьи – Райс выпускник Карлос де лос Рейес. Соавторами являются студентка Райс Катарин Эрнандес, аспиранты Сесилия Мартинес-Хименес, Седрик Джинестра и Эшли Смит МакВильямс, научный сотрудник Кендал Вальц-Митра и Маттео Паскуали, доктор юридических наук. Хартсук Профессор химической и биомолекулярной инженерии, профессор материаловедения, наноинженерии и химии.

Марти – доцент кафедры химии, биоинженерии, материаловедения и наноинженерии.

Исследование было поддержано Национальным научным фондом, Управлением научных исследований ВВС и Фондом Уэлча, поддержавшим исследование.

Источник: https://www.rice.edu/

Source link

Терапия наночастиц направлена ​​на метастазы в лимфатических узлах

Терапия наночастиц направлена ​​на метастазы в лимфатических узлах

Метастазирование, при котором раковые клетки освобождаются от первичной опухоли и образуют опухоли в других местах, ухудшают прогноз для многих больных раком. Лимфатические узлы – железы иммунной системы, расположенные по всему телу – как правило, являются первым пунктом назначения бегущих клеток. Теперь исследователи разработали стратегию, направленную на метастазы в лимфатических узлах для разрушения, прежде чем они могут вызвать рак в других местах. Они сообщают о своих результатах в ACS Nano .

iClusters (красные / синие / зеленые круги) проникают в опухоль через кровоток (красные сосуды), а затем разбираются в более мелкие препараты наночастиц (синие кружки), которые могут проходить через лимфатические узлы (зеленые сосуды) в лимфатические узлы и убивать метастазы. (Фото: по материалам ACS Nano 2019, 10.1021 / acsnano.9b03472)

Вскоре после того, как у пациента диагностирован рак, он обычно проходит биопсию лимфатического узла, чтобы определить, распространился ли его рак. Однако эта хирургическая процедура может вызвать боль, инфекцию и другие проблемы. Исследования показали, что раковые клетки перемещаются из опухолей в определенные лимфатические узлы, прежде всего, через крошечные сосуды, называемые лимфатическими, которые несут иммунные клетки и жидкость, а не кровь. Таким образом, лечение, которое может быть введено в кровоток, попасть в опухоль и затем пройти через лимфатическую систему, может лечить метастазы. Хонг-Юн Ли, Джин-Чжи Ду и его коллеги ранее разработали инструмент доставки наночастиц, который называется iCluster, который проходит через кровоток к опухоли. Это большой кластер наночастиц, и кислотная среда опухоли заставляет iCluster разбираться на более мелкие компоненты, которые могут глубоко проникать в опухоли и доставлять химиотерапию. Но команда задалась вопросом, могут ли эти меньшие наночастицы проходить через лимфатические сосуды, которые соединяют опухоль с лимфатическими узлами.

Чтобы выяснить это, Ли, Ду и его коллеги впрыснули iCluster, помеченный красным красителем, в кровь мышей с трансплантированными опухолями. С помощью флуоресцентной визуализации они обнаружили, что маленькие наночастицы, несущие химиотерапевтический препарат цисплатин, действительно могут проходить через лимфатическую систему от опухоли к прилегающим лимфатическим узлам. В другом эксперименте исследователи лечили мышей с первичными опухолями до метастазирования с помощью iCluster, а через пару дней хирургическим путем удалили их первичные опухоли, аналогично тому, что будет сделано для раковых пациентов. Около 40% обработанных мышей были еще живы спустя 110 дней. Это в отличие от необработанных мышей – все они умерли от метастазов в течение 51 дня после операции. Затем команда проверила терапию на мышах, у которых уже были метастазы. Обработанные iCluster мыши жили дольше, и после вскрытия у них было гораздо меньше опухолей, чем у необработанных мышей.

Авторы отмечают финансирование Национальной программы исследований и разработок Китая, Национального фонда естественных наук Китая, Фондов естественных наук провинции Гуандун для выдающихся молодых ученых, Программы внедрения инновационных и предпринимательских команд провинции Гуандун, Провинциальной программы талантов в провинции Гуандун, Выдающаяся научная программа Гуанчжоу по регенеративной медицине и здравоохранению Лаборатория Гуандун, Программа спонсорства молодых элитных ученых от CAST, Китайский докторский научный фонд, Фонд естественных наук провинции Гуандун, Научно-техническая программа Гуанчжоу и фонды фундаментальных исследований для центральных университетов и 111 Проект.

Источник: https://www.acs.org/content/acs/en.html

Source link

Оптимизация разработки синтетических органических методов

Оптимизация разработки синтетических органических методов

Спиральный испаритель DrySyn от Asynt позволяет Cresswell Group в рамках химического факультета Университета Бата (Великобритания) улучшить и упростить многие аспекты развития их синтетических органических методов.

Исследовательская деятельность группы Cresswell сосредоточена на разработке новых реакций и использовании новых или недостаточно используемых реакционноспособных веществ, катализа или реакционноспособных промежуточных соединений для решения давних проблем органического синтеза. Текущие крупные проекты сосредоточены на фоторедокс-катализе в видимом свете и включают в себя разработку новых методов нуклеофильного борилирования, а также изучение реакций перекрестного сочетания алкил-алкил, опосредованных видимым светом, и реакций функционализации C (sp3) -H, опосредованных видимым светом.

Моя лаборатория сосредоточена на разработке и механистическом понимании новых каталитических методов органического синтеза. Наша недавняя покупка спирального испарителя DrySyn от Asynt была очень выгодной, поскольку она позволяет нам вакуумировать до четырех различных образцов одновременно, упрощая процедуры обработки для нескольких реакций. Это экономит так много времени, и нет необходимости беспокоиться о натыкаясь. Это устраняет все трудности, связанные с концентрацией образцов непосредственно во флаконы, которые вы не можете легко прикрепить к оборудованию, такому как роторные испарители. Снятие высококипящих растворителей, таких как ДМФА и ДМСО, – еще один большой плюс. Спиральный испаритель DrySyn активно использовался с момента его появления в нашей лаборатории – моя группа нередко стоит в очереди, чтобы использовать его!

Доктор Алекс Крессвелл, руководитель Crewell Group, Химический факультет, Университет Бата

Спиральный испаритель DrySyn представляет собой компактную систему, обеспечивающую быструю концентрацию даже высококипящих растворителей, таких как ДМСО, ДМФА или вода, без необходимости нагревания до высоких температур. Использование спирального испарителя DrySyn позволяет ученым концентрировать или высушивать образцы непосредственно из любой пробирки или пузырька (диаметр шейки до 24 мм) во вставках для реакционных флаконов DrySyn, до 4 образцов за раз, все в пределах зоны действия горячей плиты. Сочетая доказанные преимущества безопасности DrySyn с запатентованной технологией испарения с винтовой пробкой, спиральный испаритель DrySyn обеспечивает быстрое и эффективное параллельное испарение в пробирках или флаконах без ударов растворителя, тем самым устраняя перекрестное загрязнение образца. Другие преимущества испарителя DrySyn Spiral включают в себя простоту использования, применение мягких условий для чувствительных к температуре соединений и эффективное извлечение образцов небольшого количества.

Для получения дополнительной информации о спиральном испарителе DrySyn, пожалуйста, посетите https://www.asynt.com/product/drysyn-spiral-evaporator/.

Source link

Поставка комплексных решений по асептической обработке флаконов

Поставка комплексных решений по асептической обработке флаконов

SP Scientific (Варминстер, Пенсильвания, США) объявляет о подписании нового соглашения о партнерстве с Lab-i-DOSiTECNO Pharma Technologies (Барселона, Испания), позволяющего обеим компаниям предлагать комплектные линии для заполнения асептических флаконов и шприцев. линии для инъекционных, офтальмологических и пероральных продуктов в жидкой и порошкообразной форме.

Это новое глобальное партнерство объединяет лучшие в своем классе технологии сублимационной сушки и мытья / стерилизации флаконов от SP Scientific с передовыми и всесторонними возможностями наполнения флаконов и шприцев Lab-i-DOSiTECNO.

Географический синергизм совместной работы SP Scientific и Lab-iDosiTECNO позволит нам оказывать выдающуюся местную поддержку по всей Северной Америке и Европе, значительно расширяя охват обоих партнеров.

Ориол Касолива, генеральный директор Lab-i-DOSiTECNO

Брайан Ларкин, генеральный директор SP Scientific, добавил, «Кроме того, для тех, кто предпочитает работать с одним поставщиком для полных линий, это новое партнерство позволяет нам предоставлять и поддерживать этих клиентов с высоким качеством и высокой производительностью. асептические решения линии заполнения-отделки ".

Биофармацевтические продукты часто замораживают и затем размораживают, сушат вымораживанием для повторной гидратации, когда это необходимо, или инкапсулируют в жидкой форме без воздействия атмосферы. Контейнер, в котором хранится лекарство во время транспортировки в различных климатических условиях, и то, как он заполнен, имеет решающее значение для целостности продукта. SP Scientific, в партнерстве с Lab-i-DOSiTECNO, в настоящее время является лидером в разработке и производстве комплектных линий для наполнения асептических флаконов, предлагающих самый широкий диапазон лиофилизации, доступный сегодня, охватывающий разработку цикла, стабильность, опытное и клиническое серийное производство, вплоть до полное производство асептического и серийного производства.

Для получения дополнительной информации о комплексных решениях для асептической обработки флаконов, пожалуйста, узнайте больше на www.spscientific.com/penntech

Source link

Волокна нанотрубки могут соединять поврежденные ткани сердца

Волокна нанотрубки могут соединять поврежденные ткани сердца

Новое исследование подтвердило, что тонкие и гибкие волокна, состоящие из углеродных нанотрубок, могут соединять поврежденные ткани сердца и обеспечивать электрические сигналы, необходимые для того, чтобы эти сердца бились.

Профессор риса Маттео Паскуали (слева) и доктор Мехди Разави из Техасского института сердца проверяют нить из углеродных нанотрубок, изобретенную в лаборатории Паскуали Райс. Они разрабатывают метод использования волокон в качестве электрических мостов для восстановления проводимости поврежденных сердец. (Фото предоставлено Техасским институтом сердца)

В Техасском институте сердца (THI) исследователи провели несколько исследований, в которых использовались биосовместимые волокна, разработанные в Университете Райса. Эти исследования показали, что, когда эти волокна непосредственно сшиваются в поврежденную ткань, они помогают восстановить электрическую функцию в сердцах.

Вместо того, чтобы шокировать и дефибриллировать, мы на самом деле исправляем болезненную проводимость самой большой основной насосной камеры сердца, создавая мост, чтобы обойти и провести через поврежденную область поврежденного сердца.

Доктор Мехди Разави, кардиолог и директор отдела электрофизиологии, клинических исследований и инноваций, THI

Доктор Разави возглавлял исследование вместе с Маттео Паскуали, инженером-химиком и биомолекуляром в Университете Райса.

« Сегодня нет технологии, которая бы лечила первопричину первопричины внезапной смерти № 1 – желудочковую аритмию », – заявил доктор Разави. « Эти аритмии вызваны неорганизованным возбуждением импульсов из нижних отделов сердца, и их трудно лечить у пациентов после инфаркта или с рубцовой тканью сердца из-за таких других состояний, как застойная сердечная недостаточность или дилатационная кардиомиопатия

Результаты исследования доклинических моделей появились в виде журнала «Открытый выбор» в журнале Американской ассоциации кардиологов Циркуляция: аритмия и электрофизиология . Исследование получило грант 2015 года от Американской кардиологической ассоциации.

Новое исследование возникло в результате новаторского изобретения, сделанного в 2013 году лабораторией Паскуали, в рамках которого были изготовлены гибкие проводящие волокна из углеродных нанотрубок. Хотя исходные нитевидные волокна, разработанные в лаборатории, измеряли четверть толщины человеческого волоса, они содержали неограниченное количество крошечных нанотрубок.

Кроме того, волокна анализируются для использования в кохлеарных имплантатах, для электрических интерфейсов с мозгом, для аэрокосмических и автомобильных применений и в качестве гибких антенн.

Эксперименты показали, что нетоксичные волокна с полимерным покрытием – их концы открыты для действия в качестве электродов – эффективно восстанавливали функцию в течение месячных испытаний как на грызунах, так и на больших доклинических моделях, независимо от того, была ли заблокирована начальная проводимость, Разорванные или замедленные, заявили ученые. Команда также обнаружила, что волокна служили своей цели либо с кардиостимулятором, либо без него.

В исследовании на грызунах проводимость исчезла, как только волокна были удалены, исследователи написали.

Восстановление сердечной проводимости с помощью волокон углеродных нанотрубок может революционизировать терапию электрических нарушений сердца, одной из самых распространенных причин смерти в Соединенных Штатах.

Марк МакКоли, один из ведущих авторов, Медицинский колледж Иллинойского университета

Макколи провел множество экспериментов в качестве доктора наук в THI. В настоящее время он является доцентом клинической медицины в Медицинском колледже Иллинойского университета.

« Наши эксперименты предоставили первую научную поддержку для использования лечения на основе синтетического материала, а не лекарственного средства для лечения основной причины внезапной смерти в США и во многих развивающихся странах по всему миру », добавил Разави.

По словам Паскуали, остается несколько вопросов, прежде чем процесс можно будет проверить на людях. Исследователи должны разработать метод, который позволил бы им сшивать волокна на месте с помощью минимально инвазивного катетера. Эти волокна также должны быть достаточно прочными и гибкими, чтобы служить непрерывно бьющемуся сердцу в течение длительного времени.

Паскуали также заявил, что исследователи должны также установить длину и ширину волокон, количество электричества, которое должно переноситься этими волокнами, и то, как они будут работать в развивающихся сердцах молодых пациентов.

« Гибкость важна, потому что сердце постоянно пульсирует и движется, поэтому все, что прикреплено к поверхности сердца, будет деформировано и согнуто », – заявил Паскуали, который посещает Школу естественных наук Висса. Браун инженерная школа Сканда Райса.

Хороший межфазный контакт также важен для сбора и доставки электрического сигнала. В прошлом, несколько материалов должны были быть объединены, чтобы достигнуть и электрической проводимости и эффективных контактов. Эти волокна имеют оба свойства, заложенные в конструкцию, что значительно упрощает конструкцию устройства и снижает риск долговременного разрушения из-за расслоения нескольких слоев или покрытий .

Маттео Паскуали, инженер-химик и биомолекулярный инженер, Университет Райса

Разави заметил, что, хотя есть несколько эффективных антиаритмических препаратов, они обычно противопоказаны пациентам после сердечного приступа.

« Терапевтически действительно необходимо увеличить проводимость », – заявил он. « Волокна из углеродных нанотрубок обладают проводящими свойствами металла, но достаточно гибки, чтобы позволить нам ориентироваться и доставлять энергию в очень специфическую область деликатного, поврежденного сердца ».

Со-ведущими авторами статьи являются Райс выпускница Флавия Витале, в настоящее время доцент кафедры неврологии и физической медицины и реабилитации в Университете Пенсильвании, и Стивен Ян, аспирант в Университете Райса.

Соавторами статьи являются Джулия Коко и Колин Янг из Университета Райса; Брайан Грит из THI и Медицинского центра имени Бэйлора Святого Луки; Марко Орекчони и Люсия Делогу из Педиатрического научно-исследовательского института Читта-делла-Сперанца, Падуя, Италия; Абдельмотагалы Элгалад, Мэтьюз Джон, Дорис Тейлор и Луис Сампайо, все из THI; и Срикант Перик из Иллинойского университета в Чикаго.

Паскуали – А.Дж. Хартсук Профессор химической и биомолекулярной инженерии, профессор материаловедения, наноинженерии и химии.

Исследование было поддержано Американской кардиологической ассоциацией, Фондом Уэлча, Управлением научных исследований ВВС, Национальными институтами здравоохранения и Луи Магном.

Источник: https://www.rice.edu/

Source link

Новое решение для получения высокопродуктивных нанопроводов из оксида цинка

Новое решение для получения высокопродуктивных нанопроводов из оксида цинка

Нанопроволоки отвечают требованиям рынка для новых, меньших по размеру, гибких электронных устройств, запитывая электронные схемы на молекулярном уровне; однако расположение нанопроволок в функциональных материалах все еще остается проблемой.

Д-р Симас Ракаускас, Институт материаловедения КТУ. (Фото предоставлено Каунасским технологическим университетом)

Команда ученых из Каунасского технологического университета (KTU), Литва, предлагает инновационное решение для производства нанопроволок с высоким выходом из оксида цинка – менее дорогой и более экологичный материал, чем редкоземельные элементы, такие как мышьяк и индий или галлий, обычно используемый в производстве электроники.

Исследователи утверждают, что производство нанопроволоки в основном ограничено поверхностью роста, что затрудняет их широкое применение. Кроме того, для некоторых применений необходимы свойства, которые противоречат друг другу и поэтому не могут быть эффективно достигнуты в одном материале.

Решает эти проблемы инновационная технология производства нанопроволок из оксида цинка, разработанная исследовательской группой из Института материаловедения КТУ. Следовательно, более широкое применение нанопроволоки в новых электронных устройствах, которые являются еще меньшими, гибкими и включают различные поверхностные материалы, оказывается достижимым.

Новый метод был создан, когда я исследовал простые способы выращивания металлооксидных наноструктур. Метод, который мы теперь называем синтезом горения, позволяет получать высокие уровни контролируемой наноструктуры. Нанопроволоки выращивают в газовой фазе, конечный продукт собирают в виде порошка и затем диспергируют в различных растворах. Простые методы нанесения покрытий, такие как распыление, позволяют наносить нанопроволоки из оксида цинка на различные поверхности.

Доктор Симас Рачкаускас, научный сотрудник Института материаловедения Каунасского технического университета

Благодаря своим полупроводниковым свойствам, нанопроволоки из оксида цинка очень перспективны для применения в оптике или электронике. Кроме того, свойства поверхностей, покрытых оксидом цинка, позволяют использовать их в медицине.

В настоящее время ученые изучают два многообещающих применения нанопроволок из оксида цинка: многофункциональное антибликовое покрытие для солнечных элементов и многофункциональный газовый сенсорный массив, селективный и чувствительный к газам, стимулируемым светом.

« Солнечные элементы, используемые в настоящее время на рынке, отражают свет, поэтому свет, который можно превратить в энергию, частично теряется. Нанопроволочные покрытия для солнечных элементов улучшают эксплуатационные характеристики солнечных элементов, снижая их отражающие свойства, превращая ультрафиолетовые лучи в свет и обеспечивая самоочищающиеся свойства солнечных элементов », – объясняет доктор Рачкаускас.

Ранние исследования показывают, что эффективность солнечных элементов повышается на 6% при использовании нанопроволочного покрытия из оксида цинка. Покрытие является водоотталкивающим и разлагает органические загрязнители, тем самым реализуя эффект самоочищения солнечного элемента.

В настоящее время в лабораторных условиях группа исследователей КТУ может производить около 100 г наночастиц оксида цинка в час по цене около 8 евро. Эта сумма будет достаточной для покрытия 2,5 м 2 солнечных элементов.

Кроме того, ученые KTU изучают свойства эксклюзивного ультрафиолетового датчика, который можно распылять на любую поверхность. При изготовлении датчика используются два материала: наночастицы оксида цинка и проводник (проволока), например, графит или металлическая краска.

Можно нарисовать полную электронную схему, включая провод и датчик, на любой поверхности, например, на бумаге, ткани или пластике. По словам доктора Рачкаускаса, датчик света можно использовать как любой другой переключатель, который срабатывает от света, например, простой луч лазерного указателя.

Возможности применения такого ультрафиолетового датчика практически неисчерпаемы, однако нам нужно ждать рыночного спроса и дальнейшего развития гибкой электроники. Наш продукт может быть интересен функциональным дизайном, поскольку он позволяет интегрировать электронику в предметы одежды, стены, предметы интерьера. Кроме того, наш УФ-переключатель можно разместить в труднодоступных местах.

Доктор Симас Рачкаускас, научный сотрудник Института материаловедения Каунасского технического университета

Подчеркнув низкую стоимость и экологичность цинка в производстве электроники, он сказал: « В большинстве электронных производств используются редкоземельные элементы, такие как индий, мышьяк и галлий, которые трудно извлечь, процесс дорогой и вреден для окружающей среды. С другой стороны, цинк очень популярен, дешев и даже полезен для человеческого организма ».

По словам ученого из KTU, использование оксида цинка в качестве альтернативы редкоземельным элементам в электронике проложило бы путь к экономичным и экологичным решениям.

Это исследование финансируется Европейским фондом регионального развития в соответствии с Оперативной программой инвестиций фондов Европейского союза на 2014–2020 годы в рамках мероприятий № 01.2.2-LMT-K-718 «Привлечение иностранных исследователей». для проведения исследований, проект № 01.2.2-LMT-K-718-02-0011.

Источник: https://en.ktu.edu/

Source link

Применение противомалярийных препаратов может быть улучшено с помощью нановекторов

Why Coupling Spin-Torque Oscillators Cannot Generate Reliable Microwave Fields

Согласно новому исследованию, когда два препарата с различными свойствами инкапсулированы в нановезикулы, заключенные в антитела, их доставка и эффективность могут быть значительно улучшены.

Исследование возглавлял Ксавье Фернандес Бускетс, директор объединенного подразделения по наномаларии в Институте биоинженерии Каталонии (IBEC), а также в Барселонском институте глобального здравоохранения (ISGlobal) – учреждении, поддерживаемом «La Caixa».

Объединение двух препаратов, которые действуют через различные механизмы, является одним из наиболее эффективных методов, используемых в настоящее время для лечения малярии. И наоборот, различия в физико-химических свойствах лекарств, таких как период полураспада, растворимость и т. Д., Обычно влияют на эффективность лечения.

Чтобы преодолеть этот барьер, Фернандес Бускетс и его группа создали нановектор – содержащий липосомы или крошечные сферы – которые могут одновременно транспортировать водорастворимые (гидрофильные) соединения и липидорастворимые (липофильные) соединения.

Инкапсулируя оба препарата в одном и том же нановекторе, мы обеспечиваем, чтобы оба они сохранялись в организме в течение одного и того же времени.

Ксавьер Фернандес-Бускетс, директор Объединенной группы по наномаларии, Институт биоинженерии Каталонии

В качестве доказательства концепции ученые представили пиронаридин, водорастворимое лекарственное средство, в просвете липосом и атоваквоне, растворимом в липидах, в своей мембране. Они также заключили в липосому антитело, которое обнаруживает гаметоциты (половая фаза паразита, ответственного за передачу от хозяина к хозяину) и белок, который экспрессируется эритроцитами (независимо от того, инфицированы они или нет). Отсюда и термин иммунолипосома.

Результаты показали, что, когда оба препарата инкапсулированы, они предотвращали рост in vitro паразита в концентрациях, которые не оказывали никакого влияния при использовании в качестве бесплатных лекарств.

Антитела заставляют липосомы быстро связываться с клетками-мишенями и эффективно доставлять лекарственное средство. В ближайшем будущем этот метод может быть использован для лечения тяжелых случаев малярии у пациентов, поступающих в больницы, где целесообразно вводить липосомы внутривенно, утверждают авторы.

Трудность заключается в создании нановекторов, достаточных для перорального введения для лечения неосложненной малярии – серии работ, которые в настоящее время исследуются исследователями.

« Современные методы лечения направлены в основном на бесполые фазы паразита. Эта новая стратегия также будет направлена ​​на половую фазу или гаметоцит, единственную фазу, которая может передаваться от человека комарам, и тем самым будет способствовать снижению появления и распространения противомалярийной резистентности », – добавил исследователь.

Источник: https://www.isglobal.org/

Source link

Несовершенство мембран из нанопор может улучшить перенос биомолекул

Несовершенство мембран из нанопор может улучшить перенос биомолекул

Исследователи из Университета Иллинойса размышляли о том, как микроскопические, ступенчатые дефекты, полученные во время изготовления, могут быть использованы для усиления транспорта молекул.

Лабораторные мембранные дефекты с ребрами, которые спирально спускаются, не дают биомолекулам, таким как ДНК, РНК и белки, никакой другой вариант, чем погрузиться в нанопоры для доставки, сортировки и анализа. (Фото предоставлено Манишем Шанклой)

Исследователи сделали это, наблюдая за развитием пористых мембран, используемых для сортировки и секвенирования ДНК. Они обнаружили, что крошечные дефекты, создаваемые перекрывающимися мембранными слоями, имеют огромное значение в том, как молекулы движутся вдоль поверхности мембраны.

Исследователи, вместо того, чтобы пытаться исправить эти дефекты, решили использовать их, чтобы помочь направить молекулы внутри пор мембраны. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology .

В биомедицинских исследованиях мембраны нанопор вызвали значительный интерес, поскольку они помогают ученым изучать отдельные молекулы – атом за атомом – протягивая их через поры для химической и физической характеристики. Такая технология может в конечном итоге привести к разработке устройств, которые могут быстро упорядочить белки, РНК или ДНК для персонализированной медицины.

Ранее, в 2014 году, профессор физики Алексей Аксиментьев и аспирант Маниш Шанкла из Иллинойского университета описали графеновую мембрану, которая регулировала движение молекулы через нанопоры с помощью электрического заряда. Дуэт заметил, что как только молекулы достигают поверхности мембраны, они не могут быть легко втянуты в поры мембраны, потому что они предпочитают прилипать к поверхности мембраны.

В то время как Аксиментьев находился на творческом отпуске в Технологическом университете Делфта в Нидерландах, он обнаружил, что ДНК накапливается и прилипает к границам дефектов, образующихся при изготовлении. Эти дефекты возникают в виде линейных ступеней, покрывающих поверхность мембраны.

Цель команды Иллинойса состояла в том, чтобы идентифицировать метод, где эти дефекты могут использоваться, чтобы направить пойманные в ловушку молекулы в нанопорах. Этот принцип также применим к сортировке, доставке и анализу биомолекул.

Для дальнейшего улучшения и подтверждения своих наблюдений ученые использовали суперкомпьютер Blue Waters, развернутый в Национальном центре суперкомпьютерных приложений в Иллинойсе, а также суперкомпьютер XSEDE для моделирования системы и сценариев молекулярных движений на атомном уровне.

Моделирование молекулярной динамики позволяет нам наблюдать за происходящим, одновременно измеряя, сколько силы требуется, чтобы молекула очистила шаг. Мы были удивлены, обнаружив, что для перемещения молекулы вниз на шаг требуется меньше силы, чем вверх. Хотя может показаться интуитивно понятным, что гравитация облегчит шаг вниз, это не так, потому что гравитация пренебрежимо мала на наноуровне, и сила, необходимая для перемещения вверх или вниз, должна быть одинаковой .

Алексей Аксиментьев, профессор физики, Иллинойский университет

Аксиментьев сообщил, что исследователи изначально полагали, что концентрические паттерны дефектов, которые развиваются вокруг пор, могут быть использованы для выталкивания молекул вниз. Однако их моделирование показало, как молекулы собираются вдоль краев ступеней.

Именно тогда им пришло в голову, что дефект с краями, спиральными в пору, вместе с приложенным направленным усилием, не даст никакой другой возможности для молекулы, которая затем будет вынуждена войти в пору, подобно стечь.

« Таким образом, мы можем сбрасывать молекулы в любом месте на мембране, покрытой этими спиральными структурами, и затем втягивать молекулы в пору », – сказал Аксиментьев.

По словам исследователей, им еще предстоит создать мембрану со спиральными дефектами в лаборатории; однако эта задача может быть проще, чем попытка устранить графеновую мембрану из существующих дефектов стадии иммобилизации молекулы

При изготовлении в масштабе захват с дефектами может потенциально увеличить пропускную способность захвата ДНК на несколько порядков по сравнению с современной технологией .

Маниш Шанкла, аспирант, Университет Иллинойса

« После долгого процесса разработки мы рады видеть, что этот принцип используется в различных других материалах и приложениях, таких как доставка отдельных молекул в реакционные камеры для экспериментов », – заявили ученые.

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения, Национальным научным фондом и Голландским исследовательским советом.

В этом суперкомпьютерном моделировании молекула ДНК, направленная силой, перемещается вниз по ступенчатому дефекту, сформированному в процессе изготовления, вдоль поверхности графеновой мембраны. (Видео: Маниш Шанкла)

Источник: https://illinois.edu/

Source link

Квантовые точки и смартфон можно использовать для обнаружения смертельных бактерий

Квантовые точки и смартфон можно использовать для обнаружения смертельных бактерий

Сочетание стандартной нанотехнологии с квантовыми точками и камеры смартфона может вскоре позволить врачам распознавать устойчивые к антибиотикам бактерии в течение 40 минут, что, возможно, спасет жизни многих пациентов.

Это диаграмма, изображающая процесс анализа. (Изображение предоставлено: Sunna Lab)

Staphylococcus aureus (золотистый стафилококк) – это общая форма бактерии, которая вызывает критические и иногда смертельные состояния, такие как инфекции клапанов сердца и пневмония. Особое беспокойство вызывает штамм, который не реагирует на метициллин, антибиотик первой необходимости, и называется устойчивым к метициллину S. aureus, или MRSA.

Согласно последним сообщениям, 700 000 смертей во всем мире могут быть связаны с устойчивостью к противомикробным препаратам, например с устойчивостью к метициллину. Быстрая идентификация MRSA жизненно важна для эффективного лечения, но современные методы делают его трудным процессом даже в хорошо оборудованных больницах.

Однако вскоре это может измениться, если не использовать ничего, кроме современной технологии.

Ученые из Университета Маккуори и Университета Нового Южного Уэльса, оба в Австралии, показали устройство для проверки концепции, в котором используется бактериальная ДНК для определения присутствия Staphylococcus aureus в образце пациента, а также для определения, если он будет реагировать на передовые антибиотики.

В статье, опубликованной в международном рецензируемом журнале Датчики и исполнительные механизмы B: Chemical, команда Университета Маккуори, доктора Винота Кумара Раджендрана, профессора Питера Бергквиста и доцента Анвара Сунны с доктором Падмавати Бактаватсаламом ( UNSW) опубликовали новый метод проверки присутствия бактерии с помощью мобильного телефона и нескольких ультра-крошечных полупроводниковых частиц, называемых квантовыми точками.

Наша команда использует синтетическую биологию и нанобиотехнологию для решения биомедицинских задач. Быстрые и простые способы выявления причины инфекций и начала соответствующего лечения имеют решающее значение для эффективного лечения пациентов. Это верно в обычных клинических ситуациях, но также и в новой области персонализированной медицины.

Анвар Сунна, доцент и руководитель лаборатории Сунны, Университет Маккуори

Метод ученых распознает особый штамм золотистого стафилококка с помощью метода, известного как конвективная полимеразная цепная реакция (или cPCR). Это ответвление от широко используемого метода, при котором небольшой сегмент ДНК копируется множество раз, образуя множество образцов, идеальных для тестирования.

Винот Кумар и его коллеги затем подвергают копии ДНК процессу, называемому иммуноанализом на боковом потоке – бумажном диагностическом инструменте, используемом для проверки отсутствия или присутствия целевого биомаркера. Исследователи используют зонды, снабженные квантовыми точками, для обнаружения двух отличительных генов, которые устанавливают наличие устойчивости к метициллину у золотистого стафилококка

Химическое вещество, включенное на стадии ПЦР в тестируемую ДНК, вызывает флуоресценцию образца, когда гены обнаруживаются квантовыми точками – реакция, которую можно легко уловить с помощью камеры на мобильном телефоне.

Результатом является простая и быстрая методика определения присутствия бактерии с одновременным управлением лечением первой линии как внутри, так и снаружи.

Хотя в настоящее время они находятся на стадии проверки концепции, ученые объясняют, что их система, работающая от стандартной батареи, идеально подходит для быстрого обнаружения в различных условиях.

Мы видим, что это легко использовать не только в больницах, но также в клиниках общей практики и у постели больного.

Доктор Винот Кумар Раджендран, ведущий исследователь, Университет Маккуори

Источник: http://www.mq.edu.au

Source link

Эдвардс присоединяется к MIT.nano в качестве члена-основателя

Why Coupling Spin-Torque Oscillators Cannot Generate Reliable Microwave Fields

Эдвардс, ведущий производитель вакуумных решений и решений для борьбы с выбросами, присоединяется к консорциуму MIT.nano из MIT в качестве члена-учредителя с инвестициями, включающими оборудование и персонал, в рамках более широкой инициативы, чтобы стать важным участником нового технологические разработки в нанометровом масштабе.

MIT.nano – это лаборатория площадью 214 000 квадратных футов, предназначенная для характеристики и изготовления наноразмерных материалов, структур, устройств и процессов. Наука и инженерные работы в масштабе нанометров – около 1/100 000 толщины человеческого волоса – могут быть выполнены только в узкоспециализированных, уникально оборудованных условиях. Целая четверть текущей исследовательской деятельности MIT зависит от этих видов ресурсов.

Являясь одним из основателей, Эдвардс привносит ценный опыт и знания в консорциум MIT.nano, благодаря своей 100-летней истории в области вакуумных технологий. «Мы рады работать в MIT.nano с командой, проводящей фундаментальные исследования в нанометровом масштабе», – прокомментировал Крис Бэйли, вице-президент отдела разработки, систем и решений Semiconductor в Edwards. «Это исследование углубит наше понимание новых материалов, поддерживающих разработки в области нанотехнологий и трехмерных структур, областей, представляющих растущий интерес для полупроводниковой промышленности».

Источник: http://www.edwardsvacuum.com/

Source link

Новые нано-вакцины, эффективные при лечении меланомы на моделях мышей

Новые нано-вакцины, эффективные при лечении меланомы на моделях мышей

Ученые из Тель-Авивского университета создали новую нано-вакцину против меланомы, которая является наиболее агрессивным типом рака кожи.

[Фотопредоставлено:Тель-Авивскийуниверситет)

Их новаторский метод до сих пор доказывал свою эффективность в подавлении развития меланомы на мышиной модели и в лечении первичных опухолей и метастазов, возникающих в результате меланомы.

Исследование сфокусировано на наночастицах, которые служат основой для новой вакцины. Исследование возглавляли профессор Ронит Сачи-Файнаро, заведующий кафедрой физиологии и фармакологии и заведующий лабораторией исследований рака и наномедицины на медицинском факультете TAU в Саклере, и профессор Елена Флориндо из Лиссабонского университета, находясь на творческом отпуске. в лаборатории Сати-Фаинаро в ТАУ; оно было выполнено доктором Анной Скомпарин из лаборатории TAU профессора Сатчи-Файнаро и докторантом доктором Жоао Коннио.

Результаты были опубликованы в Nature Nanotechnology 5 августа th 2019.

Меланома образуется в клетках кожи, которые синтезируют меланин или пигмент кожи.

Война против рака в целом и меланомы в частности развивалась на протяжении многих лет благодаря различным методам лечения, таким как химиотерапия, лучевая терапия и иммунотерапия; но вакцинный подход, который оказался настолько эффективным против различных вирусных заболеваний, еще не реализован против рака .

проф. Ронит Сатчи-Фаинаро, заведующий кафедрой физиологии и фармакологии, TAU

Satchi-Fainaro продолжил: « В нашем исследовании мы впервые показали, что можно создать эффективную нано-вакцину против меланомы и повысить чувствительность иммунной системы к иммунотерапии ».

Ученые использовали крошечные частицы размером около 170 нм, состоящие из биоразлагаемого полимера. Внутри каждой частицы они «упаковали» два пептида – короткие цепочки аминокислот, которые экспрессируются в клетках меланомы. Впоследствии они вводили наночастицы (или «нано-вакцины») на мышиной модели с меланомой.

« Наночастицы действовали так же, как известные вакцины от вирусных заболеваний », – рассказывает профессор Сатчи-Файнаро. « Они стимулировали иммунную систему мышей, и иммунные клетки научились идентифицировать и атаковать клетки, содержащие два пептида, то есть клетки меланомы. Это означало, что с этого момента иммунная система иммунизированных мышей будет атаковать клетки меланомы, если и когда они появятся в организме ».

После этого ученые проанализировали эффективность вакцины при трех различных условиях.

Во-первых, было подтверждено, что вакцина обладает профилактическим действием. Вакцину вводили здоровым мышам, а затем вводили клетки меланомы. « Результатом стало то, что мыши не заболели, а это означает, что вакцина предотвратила заболевание », – заявил профессор Сатчи-Файнаро.

Во-вторых, наночастицы использовали для лечения первичной опухоли: смесь инновационной вакцины и иммунотерапии была испытана на модели мышей с меланомой. Синергетическое лечение значительно замедлило прогрессирование заболевания и значительно продлило жизнь всем обработанным мышам.

Наконец, ученые проверили свой метод на тканях, полученных от пациентов с меланомой метастазов в мозг. Это подразумевало, что можно использовать нано-вакцину и для лечения метастазов в мозг.

Мышиные модели с поздними стадиями метастазов меланомы в головном мозге уже были определены после удаления первичного поражения меланомой, имитируя клинические условия. Лаборатория профессора Сатчи-Файнаро сообщила об исследовании хирургической операции по первичной меланоме с использованием интеллектуальных зондов в 2018 году.

Наше исследование открывает дверь совершенно новому подходу – вакцинному подходу – для эффективного лечения меланомы даже на самых поздних стадиях заболевания . Мы считаем, что наша платформа может также подходить для других типов рака и что наша работа является прочной основой для разработки других раковых нано-вакцин .

проф. Ронит Сатчи-Фаинаро, заведующий кафедрой физиологии и фармакологии, TAU

Эта работа была поддержана EuroNanoMed-II, Министерством здравоохранения Израиля, Португальским фондом науки и техники (FCT), Израильским научным фондом (ISF), Консолидатором и передовыми наградами Европейского исследовательского совета (ERC), Фонд семьи Сабан – Награда за научную работу Альянса исследований меланомы (MRA) и Израильский фонд исследований рака (ICRF).

Источник: https://english.tau.ac.il/

Source link

Последнее открытие графена может помочь в создании сверхпроводников

Последнее открытие графена может помочь в создании сверхпроводников

Наложение двух сетчатых экранов приводит к появлению красивых рисунков при смещении одного экрана. Эти «муаровые узоры» давно очаровывают художников, исследователей и математиков и используются в моде, печати и банкнотах.

Слева: это изображение, полученное с помощью сканирующего туннельного микроскопа, показывает муаровый рисунок в витом двухслойном графене с «магическим углом». Справа: сканирующая туннельная зарядовая спектроскопия, метод, изобретенный группой профессора Евы Андрея, выявляет коррелированные электроны, как показано чередующимися полосами положительного (синего) и отрицательного (красного) заряда, которые образовались в витом двухслойном графене «магический угол», который виден на изображении слева (Фото предоставлено: Yuhang Jiang / Rutgers University-New Brunswick)

В настоящее время команда под руководством Рутгерса нашла способ разгадать одну из самых давних загадок в физике материалов, обнаружив, что при наличии муарового рисунка в графене электроны объединяются в полосы, похожие на солдат в строю. .

Их результаты, опубликованные в журнале Nature могут помочь исследователям в поиске квантовых материалов, таких как сверхпроводники, которые будут функционировать при комнатной температуре. Такие материалы значительно уменьшат потребление энергии, сделав электронные устройства и передачу энергии более эффективными.

«Наши выводы дают важную подсказку к загадке, связывающей форму графена, называемого витым двухслойным графеном, со сверхпроводниками, которые могут работать при комнатной температуре», сказала старший автор Ева Ю. Андрей, Совет директоров Губернатор, профессор кафедры физики и астрономии в Школе искусств и наук Университета Рутгерса в Нью-Брансуике.

Графен – атомарно тонкий слой графита, найденный в карандашах, – это сетка, состоящая из атомов углерода, которая напоминает соты. Он является отличным проводником электричества и намного прочнее стали.

Команда под руководством Рутгерса исследовала витой двухслойный графен, разработанный путем наложения двух слоев графена и их незначительного смещения. Это формирует «угол закручивания», который вызывает муаровый узор, который быстро меняется при изменении угла закручивания.

В 2010 году команда Андрея узнала, что муаровые узоры, сделанные с использованием витого двухслойного графена, помимо привлекательности, оказывают радикальное влияние на электронные свойства материала. Это связано с тем, что муаровый узор замедляет электроны, которые проводят электричество в графене и перемещаются мимо друг друга с феноменальной скоростью.

При так называемом магическом угле наклона около 1,1 ° эти электроны притягиваются практически в неподвижном состоянии. Летаргические электроны начинают видеть друг друга и смешиваться со своими соседями, чтобы двигаться в замке. Следовательно, материал приобретает замечательные свойства, такие как магнетизм или сверхпроводимость.

Используя метод, изобретенный командой Андрея для исследования витого двухслойного графена, команда обнаружила состояние, в котором электроны располагаются в виде полос, которые являются прочными и трудноразрушаемыми.

Наша команда обнаружила близкое сходство между этой особенностью и аналогичными наблюдениями в высокотемпературных сверхпроводниках, предоставив новые доказательства глубокой связи, лежащей в основе этих систем, и открыла путь к раскрытию их непреходящей тайны.

Ева Ю. Андрей, профессор кафедры физики и астрономии, Школа искусств и наук, Рутгерс

Пост-док Рутгерса Юхан Цзян является ведущим автором. Соавторами Rutgers являются пост-доктор Цзиньхай Мао, аспирант Синьюань Лай и профессор Кристьян Хауле. Исследователи из Национального института материаловедения в Японии также внесли свой вклад в исследования.

Источник: https://www.rutgers.edu/

Source link

Ученые разрабатывают легкий способ получения многофункциональных металензов

Ученые разрабатывают легкий способ получения многофункциональных металензов

Ультратонкие наноструктурированные пленки с возможностью управления распространением света предлагают средства для включения оптических компонентов в портативную и носимую электронику.

Метасоверхность состоит из множества нанов и ведет себя как ультратонкая бифокальная линза. (Изображение предоставлено: 2019 KAUST)

Ученые из KAUST разработали простой метод управления поведением и характеристиками ультратонких наноструктурированных пленок путем скручивания стопки таких пленок.

Поверхность, имеющая рисунок структурного расположения нанометрового размера, может преобразовывать свойства света, который проходит через нее. Каждый элемент в устройстве действует как очень маленькая антенна, которая может контролировать локальную фазу света.

Это означает, что относительное положение световой волны находится в ее колебательном цикле. Такие ультратонкие слои известны как металинзы, поскольку они могут фокусировать свет, аналогично традиционным, хотя и намного более толстым, стеклянным линзам, при этом будучи более эффективными.

Эта технология может произвольно формировать свет пиксель за пикселем, что невозможно для обычных объективов из-за ограничений изготовления. Технология metalens имеет потенциал для замены огромных линз, используемых в профессиональных зеркальных камерах, линзой тонкой, как открытка .

Ronghui Lin, аспирант, KAUST

Трудно разработать многофункциональные металинзы из-за их ограниченной эффективности. Тем не менее, это может быть достигнуто с помощью возможного способа сложения мета-линз. Следовательно, Лин и его начальник Сяохан Ли обнаружили, что новое явление может быть достигнуто путем объединения мета-линз.

Исследователи обнаружили, что поверхность металенса была покрыта массивом цилиндров или ребер с эллиптическим поперечным сечением. Когда относительная ориентация этих ребер изменяется, линза вносит геометрическую фазу в поступающий циркулярно поляризованный свет.

Рассмотрим вращение стрелок часов, которые возвращаются в одно и то же место каждый день. Угол поворота этих нанофинов работает аналогичным образом. Когда свет проходит через эти структуры, его фаза или «время» изменяется .

Ronghui Lin, аспирант, KAUST

Степень изменения зависит от вращения нанофинов. Это надежный инструмент для контроля света с круговой поляризацией.

Лин и Ли использовали математический метод, известный как конечно-разностное моделирование во временной области, для моделирования распространения света в системе мета-линз, состоящей из двух сложенных фазовых элементов. Их результаты показали, что они могут наблюдать явление, подобное эффекту Муара, когда относительное расположение двух слоев было искажено. Они использовали это явление для создания бифокальных метален с регулируемым соотношением интенсивности и фокусного расстояния.

« Мы полагаем, что эта архитектура многослойных металинов может также применяться к другим системам и обеспечивать более сложные функции », – заявил Лин.

Источник: https://www.kaust.edu.sa/en

Source link

Ученые предлагают пересмотренную теорию устойчивости поверхностных нанопузырьков

Ученые предлагают пересмотренную теорию устойчивости поверхностных нанопузырьков

Новое исследование для лучшего понимания того, как крошечные, но мощные пузырьки развиваются и разрушаются на подводных поверхностях, может позволить разработку более надежных промышленных конструкций, таких как гребные винты корабля.

Расчеты с использованием суперкомпьютеров показали детали роста так называемых нанопузырьков, которые в несколько тысяч раз меньше булавочной головки.

Результаты могут дать полезное понимание разрушения промышленных сооружений, таких как компоненты насоса, когда эти пузырьки лопаются, образуя крошечные, но мощные потоки жидкости.

Компьютерное моделирование

Хотя это быстрое расширение и разрушение пузырьков, называемое кавитацией, является общей проблемой в технике, оно еще точно не понято.

Инженеры из Эдинбургского университета использовали британский национальный суперкомпьютер для разработки сложных моделей воздушных пузырьков в воде.

Они моделировали движение атомов в пузырьках и наблюдали их рост в ответ на незначительное снижение давления воды.

Они успешно определили критическое давление, необходимое для роста пузырьков, чтобы стать нестабильным, и обнаружили, что это было намного меньше по сравнению с предложенным теорией.

Bubble Dynamics

Результаты исследования могли бы предоставить подробную информацию о развитии нанотехнологий для использования мощности нескольких тысяч потоков из коллапсирующих нанопузырьков, например, методов лечения, нацеленных на определенные типы рака, или очистки высокоточного технического оборудования.

Обновленная теория устойчивости поверхностных нанопузырьков была предложена учеными в зависимости от их результатов.

Их работа, о которой сообщалось в Ленгмюре была поддержана Научно-исследовательским советом по инженерным и физическим наукам.

Пузырьки обычно образуются и лопаются на поверхностях, которые движутся через жидкости, и в результате износ может вызвать сопротивление и критическое повреждение. Мы надеемся, что наши идеи, которые стали возможными благодаря сложным вычислениям, могут помочь ограничить влияние на производительность машины и использовать будущие технологии .

Дункан Доккар, Инженерная школа, Эдинбургский университет

Источник: https://www.ed.ac.uk/

Source link

Экологичные и бактериально-производимые графеновые материалы

Экологичные и бактериально-производимые графеновые материалы

Энн С. Мейер, доцент кафедры биологии в Университете Рочестера, и ее коллеги из Делфтского технологического университета в Нидерландах изложили свой метод получения графеновых материалов с использованием новой технологии в лаборатории, т.е. смешивания окисленный графит с бактериями.

Этот метод считается экономически эффективным, экономящим время и экологически безопасным способом производства графеновых материалов по сравнению с химически произведенными, и может привести к созданию инновационных компьютерных технологий и медицинского оборудования.

Цель – производство графена в большом масштабе.

В новом исследовании утверждается, что он преодолел серьезное препятствие в применении его для повседневных применений, которые производят графен в больших масштабах, сохраняя при этом его удивительные свойства.

« Для реальных приложений нужны большие суммы », – говорит Мейер. « Получение этих больших количеств является сложной задачей и обычно приводит к получению более плотного и менее чистого графена. Вот где появилась наша работа ».

Для производства большего количества графеновых материалов Мейер и ее коллеги начали с флакона с графитом. Они отслаивали графит, отсеивая слои материала, чтобы получить оксид графена (GO), который затем смешивали с бактериями Shewanella. Они оставляют стакан с бактериями и материалами-прекурсорами на ночь, в течение которых бактерии превращают ОГ в материал графена.

« Оксид графена легко производить, но он не очень проводящий из-за всех кислородных групп в нем», – говорит Мейер. «Бактерии удаляют большинство кислородных групп, что превращает его в проводящий материал ».

Бактериально произведенный графеновый материал в лаборатории Мейера

Хотя бактериальный материал, созданный в лаборатории Мейера, является проводящим, он также тоньше и более стабилен, чем химически полученный графен. Кроме того, его можно хранить в течение более длительных периодов времени, что делает его пригодным для различных применений, включая биодатчики полевого транзистора (FET) и проводящие чернила. Биосенсоры FET представляют собой устройства, которые обнаруживают биологические молекулы и могут использоваться, например, для мониторинга глюкозы в режиме реального времени у диабетиков.

Экологичные и бактериально-производимые графеновые материалы

«Когда биологические молекулы связываются с устройством, они изменяют проводимость поверхности, посылая сигнал, что молекула присутствует», Мейер говорит. «Чтобы создать хороший биосенсор FET, вам нужен материал, который обладает высокой проводимостью, но также может быть модифицирован для связывания с конкретными молекулами». Восстановленный оксид графена является идеальным материалом, поскольку он легкий и очень проводящий. , но обычно он содержит небольшое количество кислородных групп, которые можно использовать для связывания с интересующими молекулами.

Графен – революционный наноматериал

Графен – чешуйка углерода, тонкая, как один слой атомов, – это революционный наноматериал благодаря своей способности легко проводить электричество, а также необычайной механической прочности и гибкости.

Сегодня исследователи обращаются к наноматериалам: материалам, управляемым в масштабе атомов или молекул, которые обладают уникальными свойствами, чтобы создавать новые и более эффективные компьютеры, медицинские устройства и другие передовые технологии.

Бактериально произведенный графеновый материал также может быть основой для проводящих чернил, которые, в свою очередь, могут быть использованы для создания более быстрых и более эффективных компьютерных клавиатур, плат или небольших проводов, таких как те, которые используются для размораживания автомобильных ветровых стекол. Использование проводящих чернил – «более простой и экономичный способ производства электрических цепей по сравнению с традиционными методами», – говорит Мейер. Проводящие чернила можно также использовать для создания электрических цепей поверх нетрадиционных материалов, таких как ткань или бумага.

« Наш произведенный бактериями графеновый материал приведет к гораздо лучшей пригодности для разработки продукта », – говорит Мейер. « Нам даже удалось разработать методику« бактериальной литографии »для создания графеновых материалов, которые были бы проводящими только с одной стороны, что может привести к разработке новых, современных нанокомпозитных материалов

Источник: https://www.rochester.edu/

Source link

Новая стратегия разработки для изготовления микроволокон на основе наноцеллюлозы

Новая стратегия разработки для изготовления микроволокон на основе наноцеллюлозы

Возобновляемые, экологичные и устойчивые характеристики высокоэффективных нанокомпозитов на основе биомассы помогли им стать потенциальными материалами для будущих структурных и функциональных применений.

Схематическое изображение процесса изготовления (а), структурной характеристики (б) и механического исследования (в) биовоздушных иерархических спиральных нанокомпозитных волокон , (Фото предоставлено Science Science Press)

Биоисточники наноцеллюлозы (тип нановолокон), полученные из растений и бактериальной ферментации, являются наиболее обильным сырьем на земле.

В последнее время они привлекли большое внимание благодаря своим привлекательным присущим преимуществам, включая низкую плотность, биоразлагаемость, глобальную доступность из возобновляемых ресурсов, термическую стабильность, а также замечательные механические свойства. Эти особенности делают их очень подходящими строительными блоками для прядения сложного макроволокна следующего поколения для практического применения.

В течение последних 10 лет использовались различные подходы для получения макроволокон на основе целлюлозы с лучшей жесткостью и прочностью. Однако почти все они достигаются за счет прочности и удлинения, поскольку ударная вязкость и прочность всегда являются взаимоисключающими для искусственных конструкционных материалов. Таким образом, это затруднительное положение довольно обычно для макроволокон на основе целлюлозы, о которых сообщалось ранее, что значительно ограничивало их практическое применение.

Недавно в новой статье, опубликованной в National Science Review исследовательская группа по бионике, возглавляемая профессором Ю. У. Шухонгом из Университета науки и технологий Китая (USTC), вдохновилась на решение этой проблемы. из биологических структур.

Они обнаружили, что распространенные биосинтезированные волокна, например, некоторые растительные волокна, шерсть животных и шелк паука, имеют некоторые общие характеристики. Они прочные и прочные, и обладают иерархическими спиральными структурами в разных масштабах длины с прочными и прочными волокнистыми строительными блоками наноразмерного размера, внедренными в мягкие и рассеивающие энергию матрицы.

Черпая вдохновение из этих структурных особенностей в биосинтезированных волокнах, исследовательская группа предложила стратегию проектирования для производства макроволокон на основе наноцеллюлозы с сопоставимыми структурными характеристиками. Они использовали альгинат натрия в качестве мягкой матрицы и нановолокна бактериальной целлюлозы в качестве жестких и прочных строительных блоков.

Интегрировав упрощенный процесс мокрого прядения с последующей процедурой многократного мокрого скручивания, они добились успеха в получении биомиметических иерархических спиральных нанокомпозитных макроволокон и достигли заметного увеличения их удлинения, прочности на разрыв и ударной вязкости в то же время, что и предполагалось.

Это достижение подтверждает обоснованность их биоинспирированной конструкции и предлагает перспективный путь для дальнейшей разработки нескольких других жестких и прочных материалов из нанокомпозитных волокон для различных областей применения.

Источник: http://www.scichina.com/

Source link

Нанотехнологии помогают восстанавливать дефектные мозговые цепи у мышей

Нанотехнологии помогают восстанавливать дефектные мозговые цепи у мышей

Согласно новому исследованию, белок, откачиваемый из определенных – но не всех – популяций «вспомогательных» клеток в мозге, известных как астроциты, играет определенную роль в контроле образования связей между необходимыми нейронами. для изучения и формирования новых воспоминаний.

Красный 8,3 астроцитов в позвоночнике мыши. (Изображение предоставлено лабораторией Ротштейна)

Это последнее доказательство было предоставлено исследователями медицины Джона Хопкинса, работающими с тканями человека и мыши.

Исследователи использовали мышей, которые были генетически сконструированы и выращены с меньшим количеством таких соединений, и в конечном итоге провели эксперименты с проверкой концепции. Эти эксперименты показали, что корректирующие белки могут доставляться через наночастицы для замены недостающего белка, необходимого для «ремонта дороги» на неисправной нервной магистрали.

Учитывая, что эти соединительные сети либо повреждены, либо утрачены нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера, или конкретными типами умственных недостатков, такими как болезнь Норри, последние результаты могут улучшить усилия по восстановлению и восстановлению сетей и, возможно, восстановить нормальную функцию мозга исследователи.

Результаты исследования были опубликованы в майском выпуске Nature Neuroscience .

Мы смотрим на фундаментальную биологию функционирования астроцитов, но, возможно, обнаружили новую цель для когда-нибудь вмешательства в нейродегенеративные заболевания с помощью новых терапевтических с.

Джеффри Ротштейн, доктор медицинских наук, директор Института наук о мозге им. Джона В. Гриффина и профессор неврологии, Медицинский факультет Университета Джона Хопкинса

Ротштейн продолжил: « хотя астроциты в мозге выглядят одинаково, у нас было предположение, что они могут играть специализированную роль в мозге из-за региональных различий в функции мозга и из-за наблюдаемых изменений при некоторых заболеваниях , Надежда состоит в том, что обучение использованию индивидуальных различий в этих различных популяциях астроцитов может позволить нам направить развитие мозга или даже обратить вспять последствия определенных состояний мозга, и наши текущие исследования развивают эту надежду ».

Астроциты в головном мозге являются опорными клетками, которые служат направляющими для свежих клеток, очищают побочные продукты, возникающие в результате метаболизма клеток мозга, и способствуют химической передаче сигналов.

Конкретный белок астроцитов, называемый глутаматный транспортер-1, был целью команды Ротштейна. Согласно более ранним исследованиям, этот белок был потерян из астроцитов в определенных частях мозга с нейродегенеративными заболеваниями.

Белок, подобный биологическому пылесосу, обычно поглощает глютамат химического «посыльного» из пространств, существующих между нейронами, как только сообщение доставляется в другую клетку. Этот шаг необходим, чтобы закрыть передачу и ингибировать накопление токсичных уровней глутамата.

Когда транспортеры глутамата исчезают из некоторых частей мозга, таких как спинной мозг и моторная кора у людей, страдающих боковым амиотрофическим склерозом (БАС), глутамат остается вокруг в течение гораздо более длительного времени, передавая сообщения, которые чрезмерно стимулируют и уничтожить клетки.

Чтобы понять, как мозг решает, какие типы клеток нуждаются в транспортерах глутамата, Ротштейн и его команда сконцентрировались на области ДНК перед геном, которая обычно регулирует двухпозиционное переключение, необходимое для производства белка. Мыши были генетически сконструированы так, чтобы светиться красным в каждой клетке, где стимулируется ген.

Транспортер глутамата обычно включен во всех астроцитах. Тем не менее, все клетки и нейроны в мозге светились красным, когда исследователи применили 1000–7000-битные сегменты кода ДНК от выключателя для транспортера глутамата.

Когда исследователи попытались найти наибольшую последовательность из 8,300-битного кода ДНК с этого сайта, они начали наблюдать некоторую селекцию в красных клетках. Все такие эритроциты были астроцитами, но только в определенных слоях коры головного мозга у мышей.

Поскольку эти «8,3 красных астроцита» могут быть идентифицированы, исследователи полагали, что эти клетки могут иметь определенную функцию, которая отличается от других астроцитов, присутствующих в мозге. Чтобы определить точную функцию этих 8,3 красных астроцитов в мозге, ученые использовали машину для сортировки клеток, чтобы изолировать красные астроциты от неокрашенных эквивалентов в корковой ткани головного мозга мыши.

Впоследствии они определили тип генов, которые были включены относительно выше, чем нормальные уровни в красных астроцитах по сравнению с неокрашенными клеточными популяциями. Было обнаружено, что 8,3 красных астроцита включают повышенный уровень гена, кодирующего норрин – другой вид белка.

Нейроны нормального мозга мыши были взяты, а затем обработаны норрином. В конечном итоге исследователи обнаружили, что в этих нейронах растет больше расширений или «ветвей», используемых для отправки химических сообщений между клетками головного мозга.

Когда исследователи наблюдали мозг мышей, которые были генетически спроектированы без Норрина, они обнаружили, что у этих нейронов было меньше ветвей по сравнению со здоровыми животными, которые сделали Норрин, сообщил Ротштейн

.

В другой серии экспериментов исследователи взяли код ДНК для Норрина, а также 8 300 «локационных» ДНК, а затем организовали их в доставляемые наночастицы. Когда наночастицы норрина были введены в мозг мышей, созданных с учетом отсутствия норрина, нейроны этих мышей начали быстро расти еще на нескольких ветвях – процесс, указывающий на восстановление нейронных сетей. Эти эксперименты были также повторены с человеческими нейронами.

Ротштейн заметил, что мутации белка Норрин, которые снижают уровни белка у людей, могут привести к болезни Норри – редкому генетическому заболеванию, которое может вызвать умственную отсталость, а также слепоту в младенчестве.

Так как исследователи смогли вырастить новые ветви для общения, они считают, что Норрин, возможно, можно будет использовать для лечения определенных типов умственных расстройств, таких как болезнь Норри, в будущем.

Затем ученые изучают, сможет ли Норрин восстановить соединения в мозге животных моделей, демонстрирующих нейродегенеративные заболевания. Ротштейн и Миллер подали патент на Норрина в рамках подготовки к потенциальному успеху.

Другими авторами публикации являются Шон Миллер, Томас Филипс, Намхо Ким, Раха Дастгейб, Чжуоксун Чен, И-Чун Се, Дж. Гэвин Дейгл, Джинни Чу, Светлана Виденская, Жаклин Фам, Этан Хьюз, Майкл Робинсон, Рита Саттлер, Юнг Су Сук, Дуайт Берглс, Норман Хоги, Михаил Плетников и Джастин Хейнс из Джонса Хопкинса, а также Малика Датта и Раджу Томер из Колумбийского университета.

Исследование финансировалось за счет грантов Программы исследований стипендиатов Национального научного фонда и Национального института неврологических расстройств и инсульта (R01NS092067, R01NS094239).

Источник: https://www.hopkinsmedicine.org/

Source link

Исследователи настраивают свойства нанопроволоки с помощью пептидных «украшений»

Исследователи настраивают свойства нанопроволоки с помощью пептидных «украшений»

В самой последней статье из лаборатории Geobacter которую возглавляет Дерек Ловли, микробиолог из Университета Массачусетса в Амхерсте, он и его товарищи по команде сообщили о «значительном прогрессе» в миссии по создать электропроводящие белковые нанопроволоки в бактерии Geobacter grayreducens для использования в качестве химических и биологических сенсоров.

Геобактер с декорированной проволокой. (Изображение предоставлено UMass Amherst)

Подробности исследования были опубликованы в текущем выпуске ACS Synthetic Biology журнала Американского химического общества .

Ловли отмечает, что электропроводящие белковые нанопроволоки, присутствующие в Geobacter были темой глубоких исследований в его лаборатории в течение многих лет, поскольку они обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с дорогостоящими углеродными нанотрубками и кремниевыми нанопроводами, которые нуждаются в высокоэнергетических процессах. и вредные химические вещества для производства.

Напротив, нанопроволоки Geobacter можно устойчиво производить в больших количествах и культивировать с использованием возобновляемого сырья. Микробиолог отмечает, что им требуется низкое энергопотребление – одна оценка сообщает, что он использует в 100 раз меньше энергии для производства по сравнению с кремниевыми нанопроводами – и они могут быть переработаны.

По сравнению с силиконовыми проводами белковые нанопроволоки более тонкие, более чувствительные и более гибкие, что делает возможным упаковывание большего количества в меньшее пространство с превосходными чувствительными способностями. Кроме того, они стабильны в жидкостях организма или воде – жизненно важная особенность для биомедицинских применений.

Ловли, который более 30 лет назад обнаружил электропроводящие микробы в грязи реки Потомак, заявляет: « В нашем предыдущем исследовании мы сосредоточились на настройке проводимости проводов путем модификации гена для белка, который собирает Geobacter. в провод. Теперь у нас есть набор инструментов из проводов с миллионным диапазоном проводимости. Это обеспечивает широкие возможности для разработки электронных устройств . »

Одним из наиболее многообещающих приложений для белковых нанопроводов являются биомедицинские датчики и датчики окружающей среды . Мы хотим спроектировать провод, который специально связывает интересующий нас биологический или химический продукт. Когда эта молекула связывается с проводом, это будет очевидно как изменение электрического сигнала .

Дерек Ловли, микробиолог, Массачусетский университет, Амхерст

« Следующая цель состояла в том, чтобы посмотреть, сможем ли мы изменить поверхностные свойства нанопроволоки, не нарушая их проводимость, что мы показали в этой последней проверочной работе », – подчеркивает Ловли. .

Последние исследования в его лаборатории показывают, что возможно включить пептиды длиной до девяти аминокислот в аминокислотный каркас нанопроволоки, и возможно «украшать» его еще большим количеством пептидов.

Ученые проверили два разных случая «украшения» пептидов – они называются так, потому что пептиды, выставленные вдоль внешней поверхности проводов, похожи на крошечные лампочки на последовательности рождественских огней, описывает Ловли.

Они впервые создали штамм G. серные редуценты которые создали синтетические нанопроволоки, украшенные шестистистиновым «His-tag», который особенно прикрепляет никель к поверхности проволоки. Затем они продемонстрировали вероятность создания проводов с двумя украшениями, His-меткой и «линкерным» девяти-пептидным «HA-меткой», выставленным на внешней поверхности.

Кроме того, они показали, что количество украшений на проводе можно регулировать путем включения генетической цепи для контроля экспрессии HA-метки. Авторы сообщают, что проводимость проводов не была уменьшена ни одной из меток.

Эти широкие возможности для преобразования нанопроволоки пептидами, а также их «зеленые», устойчивые свойства обладают потенциалом для дальнейших достижений, утверждают ученые.

Свойства нанопроволоки « теперь могут быть легко изменены, чтобы иметь новые функциональные возможности. Например, как мы покажем в статье, пептиды могут быть сконструированы так, чтобы специфически связывать химические вещества или биологические вещества, представляющие интерес, что будет полезно для разработки сенсоров на нанопроводах ».

Источник: https://www.umass.edu/

Source link

Уникальный интерфейс «Янус» является стандартным механизмом роста углеродных нанотрубок

Уникальный интерфейс «Янус» является стандартным механизмом роста углеродных нанотрубок

Можно сказать, что круг менее стабилен, чем неровная петля, но это, очевидно, будет верно, если говорить о углеродных нанотрубках.

Исследователи из Университета Райса установили, что странный двуликий край «Янус» встречается чаще, чем считалось ранее для углеродных нанотрубок, растущих на жестких катализатор. Обычная нанотрубка слева имеет грани, которые образуют круг, что позволяет нанотрубке расти прямо от катализатора. Но они обнаружили, что нанотрубка справа, с наклонным краем Януса, который имеет сегментированные участки зигзагообразной конфигурации и конфигурации кресел, гораздо более энергетически предпочтительна при выращивании углеродных нанотрубок посредством химического осаждения из паровой фазы. (Фото предоставлено: Евгений Пенев)

Теперь теоретические исследователи из Университета Райса обнаружили, что нанотрубки с изолированными участками граней «кресло» и «зигзаг», выходящие из твердого катализатора, относительно более энергетически устойчивы по сравнению с круговой конфигурацией.

По словам команды, интерфейс между появляющейся нанотрубкой и ее катализатором может достигать своего самого низкого энергетического состояния при правильных условиях. Это произошло бы через двухстороннее расположение «Янус» с зигзагообразным полукругом напротив шести кресел. Эти термины указывают на форму края нанотрубки – конец зигзагообразной нанотрубки похож на зуб пилы, в то время как кресло выглядит как ряд сидений с подлокотниками.

Они представляют собой элементарные граничные конфигурации двумерной соты атомов углерода, называемой графеном (а также другими двумерными материалами), и устанавливают большинство характеристик материалов, в частности, электропроводность.

В инженерной школе Джорджа Р. Брауна исследовательская группа, в которую вошли доцент-исследователь Евгений Пенев, теоретик материалов Борис Якобсон и ведущий автор и исследователь Ксения Бетс, опубликовала результаты исследования в журнале Американского химического общества. ACS Nano .

Эта концепция является продолжением открытия исследователей, сделанного в прошлом году, о том, что двуликие интерфейсы Януса могут развиваться на катализаторе из кобальта и вольфрама. Это привело бы к одной хиральности, называемой (12,6), которая была выращена другими лабораториями в 2014 году.

В настоящее время команда Университета Райса продемонстрировала, что, хотя подобные структуры не являются исключительными для конкретного катализатора, они являются стандартной характеристикой нескольких жестких катализаторов. Это происходит потому, что атомы, связывающие себя с краем нанотрубки, непрерывно ищут свои состояния с самой низкой энергией, и они случайно находят их в конфигурации Януса, которая случайно была названа командой A | Z.

Люди предположили в исследованиях, что геометрия края является кругом. Это интуитивно понятно – нормально предположить, что самый короткий край – лучший. Но мы обнаружили, что для хиральных трубок слегка вытянутый край Януса позволяет ему гораздо лучше контактировать с твердыми катализаторами. Энергия для этого края может быть довольно низкой .

Евгений Пенев, доцент, профессор, инженерная школа им. Джорджа Р. Брауна, Университет Райса

Плоские днища кресла в форме круга опираются на подложку, обеспечивая максимальное количество контактов между нанотрубкой и катализатором; нанотрубка растет напрямую. (Нанотрубка вынуждена краями Януса расти под определенным углом.)

Углеродные нанотрубки представляют собой удлиненные свернутые трубки графена, которые не могут быть легко видны через электронный микроскоп. На сегодняшний день не существует метода для просмотра дна нанотрубки, когда она выходит снизу вверх в печи химического осаждения из паровой фазы. Тем не менее, гипотетические расчеты энергии на уровне атомов, проходящей между нанотрубкой и катализатором на границе раздела, могут дать исследователям много информации о том, как растут эти нанотрубки.

Лаборатория Райса более 10 лет следовала этому же пути, пытаясь понять, каким образом небольшие изменения, сделанные во время роста нанотрубок, могут изменить кинетику, и как эти продукты могут в конечном итоге использоваться в приложениях.

Как правило, для вставки новых атомов на кромке нанотрубки требуется разрыв границы раздела между нанотрубкой и подложкой. Если интерфейс плотный, это будет стоить слишком много энергии. Вот почему теория роста винтовых дислокаций, предложенная профессором Якобсоном в 2009 году, смогла связать скорость роста с наличием изломов, участков на краю нанотрубки, которые разрушают плотный контакт углеродная нанотрубка-подложка .

Ксения Бетс, ведущий автор и исследователь, инженерная школа Джорджа Р. Брауна, Университет Райса

« Любопытно, что, хотя конфигурация краев Janus обеспечивает очень плотный контакт с подложкой, она все еще сохраняет один излом, который обеспечит непрерывный рост нанотрубок, как мы продемонстрировали в прошлом году для кобальтово-вольфрамового катализатора », Бетс добавлен.

Чтобы смоделировать нанотрубки, растущие на трех твердых катализаторах, Бетс провела сложные компьютерные симуляции, которые показали доказательство роста нанотрубок Януса и дополнительного «жидкого» катализатора, называемого карбидом вольфрама, который не рос.

« Поверхность этого катализатора очень подвижна, поэтому атомы могут много двигаться », – заявил Пенев. « Для этого мы не наблюдали четкой сегрегации

Якобсон сравнил эти нанотрубки Януса с формой Вульфа кристаллов.

Несколько удивительно, что наш анализ показывает, что реструктурированный граненый край энергетически предпочтителен для киральных трубок. Предполагая, что нижний энергетический край должен быть кругом минимальной длины, это все равно, что предполагать, что форма кристалла должна быть сферой минимальной поверхности, но мы хорошо знаем, что трехмерные фигуры имеют грани, а двумерные фигуры являются многоугольниками, что воплощено в конструкции Вульфа .

Борис Якобсон, теоретик материаловедения, инженерная школа Джорджа Р. Брауна, Университет Райса

Якобсон продолжил: « графен имеет по необходимости несколько« сторон », но у цилиндра из нанотрубок есть один обод, что делает анализ энергии другим. Это поднимает принципиально интересные и практически важные вопросы о соответствующей структуре краев нанотрубок . »

Ученые полагают, что их последние открытия приведут их по пути к этим ответам. « Непосредственным следствием этого открытия является изменение парадигмы в нашем понимании механизмов роста », – добавил Якобсон. « Это может стать важным в том, как практически конструируют катализатор для эффективного роста, особенно типа симметрии с контролируемыми нанотрубками, для электронной и оптической полезности ».

Якобсон – профессор кафедры материаловедения, наноинженерии и химии им. Карла Ф. Хассельмана. Исследование финансировалось Национальным научным фондом (NSF) и Управлением научных исследований ВВС.

Вычислительные ресурсы были предложены Центром ресурсов суперкомпьютеров Министерства обороны США; Национальный научно-исследовательский вычислительный центр по энергетике при поддержке Министерства энергетики Управления науки; поддерживаемый NSF суперкомпьютер XSEDE; и поддерживаемый NSF кластер DAVinCI в Райсе, управляемый Центром вычислительных исследований и закупленный совместно с Институтом информационных технологий Кена Кеннеди при Университете Райса.

Источник: https://engineering.rice.edu/

Source link

Уникальное устройство, объединяющее графен и нитрид бора, может переключаться с сверхпроводящего на изолирующий

Уникальное устройство, объединяющее графен и нитрид бора, может переключаться с сверхпроводящего на изолирующий

Исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (лаборатория Беркли) разработали графеновое устройство, которое переключается со сверхпроводящего материала на изолятор и обратно на сверхпроводник – и все это с помощью переключателя. Команда поделилась, что устройство демонстрирует эту уникальную универсальность, будучи более тонким, чем человеческий волос.

Вид устройства гетероструктуры трехслойного графена / нитрида бора, видимый через оптический микроскоп. Золотые, нано-изготовленные электрические контакты показаны желтым цветом; подложка из диоксида кремния / кремния показана коричневым цветом и чешуйки нитрида бора

Вид трехслойного устройства гетероструктуры графен / нитрид бора, видимый через оптический микроскоп. Золотые, нано-изготовленные электрические контакты показаны желтым цветом; подложка из диоксида кремния / кремния показана коричневым цветом и чешуйки нитрида бора

«Обычно, когда кто-то хочет изучить, как электроны взаимодействуют друг с другом в сверхпроводящей квантовой фазе по сравнению с изолирующей фазой, им нужно смотреть на разные материалы. С нашей системой вы можете изучать как фазу сверхпроводимости и изолирующая фаза в одном месте ", – сказал Гуоруй Чен, ведущий автор исследования и доктор наук в лаборатории Фэн Вана, который руководил исследованием. Ван, преподаватель кафедры материаловедения лаборатории Беркли, также является профессором физики Калифорнийского университета в Беркли.

Графеновое устройство состоит из трех 2D слоев графена. Находясь между 2D слоями нитрида бора, он образует повторяющийся узор, называемый муаровой сверхрешеткой. Материал может помочь другим ученым понять сложную механику явления, известного как высокотемпературная сверхпроводимость, когда материал может проводить электричество без сопротивления при температурах выше, чем ожидалось, хотя все еще на сотни градусов ниже нуля.

В предыдущем исследовании ученые сообщали о наблюдении свойств изолятора Мотта в устройстве, изготовленном из трехслойного графена. Изолятор Мотта – это класс материала, который каким-то образом прекращает проводить электричество на сотни градусов ниже нуля, несмотря на классическую теорию, предсказывающую электропроводность. Но долго считалось, что изолятор Мотта может стать сверхпроводящим, добавляя больше электронов или положительных зарядов, чтобы сделать его сверхпроводящим, объяснил Чен.

Другие исследователи уже обнаружили, что муаровые сверхрешетки, образованные графеном, демонстрируют экзотическую физику, такую ​​как сверхпроводимость, когда слои выровнены под прямым углом. «Итак, для этого исследования мы спросили себя:« Если наша трехслойная графеновая система является изолятором Мотта, может ли она быть также сверхпроводником? » сказал Чен.

Работая с Дэвидом Голдхабером-Гордоном из Стэнфордского университета и Стэнфордским институтом материаловедения и энергетических наук в Национальной ускорительной лаборатории SLAC, и с Юаньбо Чжаном из Фуданского университета, исследователи использовали холодильник для разбавления, который может достигать очень низких температур до 40 милликельвинов. – или почти минус 460 градусов по Фаренгейту – чтобы охладить устройство графен / нитрид бора до температуры, при которой исследователи ожидали появления сверхпроводимости вблизи фазы изолятора Мотта, сказал Чен.

Как только прибор достиг температуры 4 кельвинов (минус 452 градуса по Фаренгейту), исследователи подали ряд электрических напряжений к крошечным верхним и нижним воротам устройства. Как и ожидалось, когда они прикладывали высокое вертикальное электрическое поле к верхним и нижним затворам, электрон заполнял каждую ячейку устройства графен / нитрид бора. Это заставило электроны стабилизироваться и остаться на месте, и эта «локализация» электронов превратила устройство в изолятор Мотта.

Затем они применили еще более высокое электрическое напряжение к воротам. К их удовольствию, второе чтение показало, что электроны больше не были стабильными. Вместо этого они ходили по кругу, переходили от клетки к клетке и проводили электричество без потерь или сопротивления. Другими словами, устройство переключилось с фазы изолятора Мотта на фазу сверхпроводника.

Чен объяснил, что сверхрешетка муара нитрида бора каким-то образом увеличивает электрон-электронное взаимодействие, которое происходит, когда на устройство подается электрическое напряжение, и этот эффект включает его сверхпроводящую фазу. Это также обратимо – когда к воротам подается более низкое электрическое напряжение, устройство возвращается в изоляционное состояние.

Устройство предлагает ученым уникальную платформу для изучения взаимодействия атомов и электронов в экзотических новых сверхпроводящих материалах с потенциальным использованием в квантовых компьютерах, а также новых изоляционных материалах Мотта, которые однажды могут сделать крошечные двухмерные транзисторы Мотта для микроэлектроники реальностью. .

«Этот результат был очень волнующим для нас. Мы никогда не предполагали, что устройство графен / нитрид бора будет так хорошо», – сказал Чен. «С ним можно изучать практически все, от отдельных частиц до сверхпроводимости. Это лучшая из известных мне систем для изучения новых видов физики», – сказал Чен.

Это исследование было поддержано Центром новых путей квантовой когерентности в материалах (NPQC), Исследовательским центром энергетических границ, возглавляемым лабораторией Беркли и финансируемым Министерством науки Министерства энергетики. NPQC объединяет исследователей из лаборатории Беркли, Аргоннской национальной лаборатории, Колумбийского университета и Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, чтобы изучить, как квантовая когерентность лежит в основе неожиданных явлений в новых материалах, таких как трехслойный графен, с перспективой будущего использования в квантовой информационной науке и технике.

Источник: https://www.lbl.gov/

Source link

Первые искусственные молекулярные машины для биохимического синтеза

Первые искусственные молекулярные машины для биохимического синтеза

Молекулы обычно синтезируются с использованием стохастических образующих связь столкновений молекул реагентов, присутствующих в растворе, но природа следует совершенно другому методу в биохимическом синтезе.

Профессор Райнер Хергес, пресс-секретарь Центра совместных исследований 677 «Функция путем переключения». )

Белковые комплексы машинного типа управляют большинством биохимических реакций. Реактивные молекулы связаны и расположены этими белковыми комплексами для селективных превращений.

Исследователи предложили искусственные «молекулярные ассемблеры», выполняющие «механосинтез» в качестве нового примера в нанотехнологиях и химии. Теперь группа химиков из Кильского университета (Германия) разработала первый искусственный ассемблер, который использует свет в качестве источника энергии и выполняет синтез.

Новая система объединяет точное позиционирование, селективное связывание реагентов и активное высвобождение продукта. Исследователи опубликовали результаты своих исследований в журнале Communications Chemistry .

Молекулярные ассемблеры способны создавать молекулы. К. Эрик Дрекслер уже предложил концепцию молекулярных ассемблеров в 1986 году, основываясь на понятиях Ричарда Фейнмана, Нобелевского лауреата по физике.

В своей книге под названием «Двигатели творчества: грядущая эра нанотехнологий» и последующих публикациях Дрекслер предлагает молекулярные машины, способные позиционировать реактивные молекулы с атомной точностью, а также предлагает, как создавать большие и более совершенные структуры посредством механосинтеза.

Если этот молекулярный нанобот способен конструировать молекулы любого типа, то он, безусловно, может создать другую копию себя, то есть самовоспроизводиться. Такие образные видения не только вдохновили нескольких авторов научной фантастики, но также вызвали интенсивные научные дебаты.

Проблема «липких пальцев»

В 2003 г. дебаты завершились публикацией в «Chemical & Engineering News» с главным вопросом: « Возможны ли молекулярные ассемблеры – устройства, способные позиционировать атомы и молекулы для точно определенных реакций? »

Здесь Ричард Смолли, лауреат Нобелевской премии, высказал два основных возражения – проблема «липких пальцев» и «толстых пальцев»: чтобы захватить и направить каждый отдельный атом, ассемблер должен иметь несколько нано-пальцев , Смолли обсудил, что в зоне реакции размером в нанометр недостаточно места, чтобы удержать пальцы всех манипуляторов, необходимые для достижения полного контроля над химией.

Проблема «липкого пальца» возникает из-за того, что атомы рук манипулятора будут связываться с атомом, который перемещается. Это означает, что обычно невозможно разгрузить строительный блок в нужном месте. Смолли заключил, что проблемы с жиром и липкими пальцами важны и не могут быть предотвращены.

Напротив, природа имеет различные примеры молекулярных ассемблеров, например, АТФ-синтаза, поликетидсинтаза, нерибосомные пептидсинтетазы и рибосома.

С точки зрения молекулярных ассемблеров мы можем утверждать, что если природа использует молекулярные ассемблеры для синтеза, химики должны – по крайней мере в принципе – иметь возможность создавать и эксплуатировать искусственных ассемблеров в лаборатории.

Райнер Хергес, профессор кафедры органической химии, Кильский университет

Хергес является представителем Центра совместных исследований 677 «Функция посредством переключения» в Кильском университете.

Вместе со своей командой Хергес разработал первый в мире искусственный ассемблер, использующий свет в качестве источника энергии. Наблюдая за природными молекулярными ассемблерами, исследователи попытались методично снизить их сложность и изощренность до уровня, достижимого с помощью синтетической химии. Не рибосомальные пептид-синтетазы и синтез АТФ из фосфата и АДФ служили моделями.

Фотопереключаемый лиганд направляет реакцию

Они захватывают реагенты, четыре иона ванадата, сближая их и объединяя в кольца. Когда реагенты размещены, они направляются через определенный канал реакции с помощью фотопереключаемого лиганда, и создается молекула, которой нет в исходном растворе.

Продукт также высвобождается посредством фотохимического переключения лиганда в не связывающее состояние. Это помогает в решении проблемы «липкого пальца». В качестве внешнего источника энергии исследователи выбрали ультрафиолетовый свет, потому что он прост в применении и не создает никаких навязчивых побочных продуктов в отличие от химических источников энергии.

Аналогичные молекулярные машины, такие как ассемблеры, которые конденсируют аминокислоты в белки, могут активировать изменение парадигмы в химическом синтезе. Очевидные преимущества включают энантиоселективность, меньшее количество побочных продуктов и более короткие пути синтеза, потому что молекулы с помощью механосинтеза выталкиваются в заранее определенные реакционные каналы.

Кроме того, кольцевой продукт имеет более высокую энергию в качестве исходного материала. Другими словами, световая энергия преобразуется в химическую энергию. Хотя механосинтез с искусственными молекулярными ассемблерами чрезвычайно сложен, его стоит исследовать и он может предоставить новый способ преобразования световой энергии .

Райнер Хергес, профессор кафедры органической химии, Кильский университет

Работа была поддержана Немецким исследовательским фондом (DFG) через SFB 677.

Источник: http://www.uni-kiel.de/en/

Source link

Новая методика для настройки свойств углеродных нанотрубок

Новая методика для настройки свойств углеродных нанотрубок

Исследователи из Центра фотолики и квантовых материалов (CPQM) Сколтеха разработали новую методику тонкой настройки оптоэлектрических свойств одностенных углеродных нанотрубок (SWCNT) путем нанесения раствора аэрозольного допанта на их поверхность, и, как следствие, проложив путь для новых приложений SWCNT в оптоэлектронике. Результаты исследований были опубликованы в The Journal of Physical Chemistry Letters .

[Изображениепредоставлено:Сколковскийинститутнаукиитехнологии(Сколтех))

В последние месяцы на рынке появились складные и гибкие экраны, стимулирующие разработку эксклюзивных материалов и открывающие путь для продуктов следующего поколения практически всех размеров и форм. Прозрачные проводящие пленки (TCF), изготовленные с использованием передового решения SWCNT, рассматриваются как основной элемент гибкой и прозрачной электроники.

В отличие от обычных прозрачных жестких проводников n-типа, таких как оксид цинка, легированный алюминием или оксид индия, легированный оловом, гибкие и растягивающиеся пленки SWCNT обладают проводимостью p-типа (дырочного типа). Однако слабый контроль над электронными свойствами SWCNT является ключевым сдерживающим фактором для их широкого промышленного использования. Это особенно актуально для оптоэлектронных приложений, которые часто нуждаются, среди прочего, в эффективном контроле проводимости и уровней Ферми.

Углеродные нанотрубки обычно обрабатывают легирующим агентом.

Проводимость SWCNT повышается с использованием одного из трех наиболее распространенных методов легирования: литье по каплям, покрытие методом центрифугирования или покрытие погружением, которое может значительно снизить сопротивление нетронутых пленок SWCNT (до 15 раз), но не дает результата. для обеспечения пространственной однородности и плохой масштабируемости. Это приводит к неравномерному испарению жидкого растворителя, что приводит к эффекту кофейного кольца. Более того, ни один из этих методов не позволяет точно контролировать уровень Ферми в пленках ОСУНТ.

Алексей Цапенко, аспирант, Сколтех

Исследователи из лаборатории Сколтеха под руководством профессора Альберта Насибулина разработали новый метод, гарантирующий равномерное, контролируемое и легко воспроизводимое аэрозольное легирование SWCNT. Производительность, достигнутая с использованием новой технологии, прокладывает путь, стимулируя замену широко распространенных в настоящее время жестких прозрачных металлоксидных проводников гибкой и прозрачной электроникой, и разрабатывая новые приложения на основе чрезвычайно проводящих прозрачных пленок.

«Наш метод позволяет легко настраивать параметры пленки SWCNT благодаря контролируемому времени осаждения частиц легирующего аэрозоля», добавляет Алексей.

Ученые проекта отмечают, что новый метод тонкой настройки, разработанный специально для углеродных нанотрубок, может быть применен для электронных структур других низкоразмерных материалов.

Источник: https://www.skoltech.ru/en

Source link

Наночастицы исцеляют травмы спинного мозга

Наночастицы исцеляют травмы спинного мозга

[1945

Ревностный иммунный ответ на травмы, как известно, вызывает парализующее повреждение при повреждении спинного мозга (SCI).

Биоинженеры разработали наночастицы, которые отвлекают иммунные клетки от повреждений спинного мозга, что приводит к меньшему повреждению воспаления. Кроме того, меньшее количество иммунных клеток, которые попадают в место повреждения, переключаются на противовоспалительный профиль и продуцируют факторы, способствующие регенеративному заживлению, которые могут сохранять функцию. (Изображение предоставлено: iStock)

Инженеры создали уникальные наночастицы, которые перенаправляют иммунные клетки от спинного мозга, способствуя регенерации, что помогло восстановить функцию спинного мозга у мышей. Исследование финансировалось Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии (NIBIB).

Спинной мозг, как и мозг, имеет гематоэнцефалический барьер, который защищает хрупкие нервы от возможного повреждения в результате многочисленных нападений; например, он блокирует миграцию иммунных клеток в место повреждения, чтобы убрать мусор.

Этот гематоэнцефалический барьер повреждается, когда в спинном мозге происходит травматическое повреждение, и быстрый приток иммунных клеток создает среду, которая пытается быстро поддержать повреждение, но в то же время блокирует регенеративные процессы, которые может эффективно восстанавливать и восстанавливать хрупкие поврежденные нервы.

В настоящее время метод, разработанный грантополучателем NIBIB Лонни Ши, доктором философии, профессором биомедицинской инженерии им. Стивена Гольдштейна и его коллегами из Мичиганского университета в Анн-Арборе,

Этот метод включает перенаправление нескольких иммунных клеток от места повреждения и одновременное побуждение тех клеток, которые достигают SCI, переходить в противовоспалительный профиль. Это создает факторы, способствующие восстановительному процессу заживления, которые могут помочь восстановить функцию.

О новом методе сообщалось в июльском издании Трудов Национальной академии наук .

Несмотря на то, что иммунный ответ пытается выполнить свою работу, он спешит к месту ТСМ. Быстрое удаление поврежденных клеток и восстановление поврежденной области иммунными клетками часто приводит к накоплению фиброзной ткани, которая по существу заполняет рану структурными клетками, которые не являются функциональными нейронами. Признавая это, инженеры из Мичигана разработали подход, который уменьшает количество иммунных клеток в месте повреждения позвоночника, а также способствует большей регенерации .

Дэвид Рампулла, доктор философии и программный директор, Системы доставки и устройства для лекарств и биологических препаратов, NIBIB

Наночастицы, разработанные командой из Мичигана, могут быть непосредственно введены в кровоток после повреждения спинного мозга.

Эти наночастицы используют ряд простых механизмов, которые позволяют им перепрограммировать иммунные клетки, то есть они имитируют крошечный размер клеточного дебриса, который заставляет иммунные клетки поглощать наночастицы.

Кроме того, наночастицы заряжены отрицательно, что позволяет связываться с иммунными клетками, которые заряжены положительно. Иммунные клетки, которые выманиваются из спинного мозга, в конечном итоге изолируются в селезенке, что помогает отфильтровывать мусор и рециркулировать как белые, так и красные и кровяные клетки.

Несмотря на то, что несколько клеток избегают утечки наночастиц, все же значительно снижается количество иммунных клеток, попадающих в поврежденный участок. Меньшее количество иммунных клеток заставляет клетки переходить от воспалительной функции к регенеративной функции. это поддерживает тонкий процесс регенеративного заживления, способствующий воссоединению и росту затронутых нейронных сетей.

Исследователи впоследствии проверили наночастицы на модели SCI мыши, где они заметили усиление регенеративных процессов и уменьшение фиброза. Кроме того, функциональные исследования показали, что у мышей улучшалась двигательная функция после того, как они получали терапию наночастицами.

Мы надеемся, что эти обнадеживающие результаты могут привести к новому лечению многих из 12 000 новых пациентов с травмой позвоночника в США каждый год . Кроме того, эта технология наночастиц может найти применение при лечении значительного числа заболеваний, вызванных иммунным ответом, от артрита до сепсиса .

Лонни Ши, доктор философии и университетский профессор Стивена Гольдштейна, Биомедицинская инженерия, Университет Мичигана

NIH Grants R01EB005678 и R01EB013198 из Национального института биомедицинской визуализации и биоинженерии поддержали исследование.

Источник: https://www.nibib.nih.gov/

Source link

Лаборатория чипа, позволяющая проводить обширный скрининг рака и персонализированное лечение

Лаборатория чипа, позволяющая проводить обширный скрининг рака и персонализированное лечение

Новое поколение патологических лабораторий, размещенных на микросхемах, предназначено для трансформации обнаружения и лечения рака с помощью таких тонких, как человеческий волос, устройств для исследования жидкостей организма.

Циркулирующие опухолевые клетки захватываются пористой мембраной с помощью микрофлюидики (масштабная линейка составляет 10 мкм). (Фото предоставлено: Флорина Сильвия Илиеску)

Технология, называемая микрофлюидикой, обещает портативные, экономичные устройства, которые не только позволят проводить обширный скрининг ранних признаков рака, но и помогают создавать персонализированные методы лечения пациентов, – сказал Сиприан Илиеску, соавтор обзора микрофлюидных методов. для анализа рака, опубликованного в журнале Biomicrofluidics из AIP Publishing.

Если вы изолируете некоторые клетки и подвергаете их воздействию лекарств-кандидатов, вы можете заранее предсказать реакцию пациента. Затем вы можете отслеживать, как опухоль развивается в ответ на лечение.

Киприан Илиеску, соавтор и исследователь, IMT-Бухарест

Устройства сканируют слюну, кровь или мочу на наличие специфических клеток, белков или тканей, которые образуются опухолями и затем распространяются по всему телу.

Использование жидкостей в качестве жидкой биопсии, а не обычной твердой биопсии из опухоли, имеет множество преимуществ. Он менее инвазивен, минимизирует дискомфорт пациента, а также предоставляет информацию о труднодоступных опухолях, таких как у плода.

Поскольку биологические признаки или биомаркеры рака попадают в кровоток, жидкая биопсия может дать четкую картину геномного состояния всех видов рака в организме, в том числе на его основном участке и, если он распространился. Исследователи ссылаются на эти идеи как на понимание «глобального молекулярного статуса пациента».

Самая большая трудность – это разнообразие рака. Каждый из более чем 100 идентифицированных видов рака имеет свои биомаркеры, которые авторы делят на четыре группы: клеточные агрегаты (микроциркуляторная опухоль, циркулирующая в опухоли); тромбоциты и клеточные везикулы (экзосомы); свободные клетки (циркулирующие эндотелиальные клетки-предшественники, циркулирующие опухолевые клетки и раковые стволовые клетки); и макро- и наномолекулы (белки и нуклеиновые кислоты).

Разрабатываются разнообразные микрофлюидные устройства для выделения этих биомаркеров, что позволяет наилучшим образом использовать достижения в области нанотехнологий за последние несколько десятилетий. Многогранные структуры, такие как разветвленные каналы потока, спирали, столбы и пулы, точно просеивают и регулируют скорости потока, в то время как на поверхностях содержатся молекулы, которые привлекают определенные виды. Некоторые устройства также используют магнитные, электрические или акустические поля, чтобы помочь выбрать цель биомаркера, и даже имеют интеллектуальные, интегрированные электронные схемы для обработки данных.

Уже на рынке появилось несколько устройств, таких как CellSearch, которые изолируют циркулирующие опухолевые клетки. Однако для многих типов раковых биомаркеров создаются более быстрые и чувствительные системы.

Интеграция более чем одного метода может помочь с точностью; однако это будет за счет скорости. Чувствительность также можно повысить путем культивирования биомаркеров для повышения их концентрации. Илиеску сказал, что поле обещает, но все еще находится на ранних стадиях.

«Нам нужно все больше и больше клинических испытаний, чтобы довести эту технологию до зрелости», сказал он.

Источник: https://www.aip.org/

Source link

Новая микрожидкостная микросхема обеспечивает превосходную идентификацию незначительных остатков крови

Новая микрожидкостная микросхема обеспечивает превосходную идентификацию незначительных остатков крови

Ученые из Университета им. Бен-Гуриона в Негеве (BGU) разработали новое чиповое устройство, которое обеспечивает отличную идентификацию незначительных остатков крови для судебно-медицинской экспертизы.

Микрожидкостный чип BGU не только увеличивает хемилюминесцентную интенсивность в несколько раз, но также продлевает время свечения, люминол обнаружение намного меньших образцов крови в месте судебной экспертизы. Чиповое устройство было разработано профессором BGU Алиной Карабчевской (на снимке здесь), руководителем группы BGU Light-on-a-Chip, членом подразделения электрооптической инженерии BGU и Института наноразмерных наук и технологий им. Ильзе Каца. (Подпись к изображению: Дани Мачлис, Университет Бен-Гуриона)

Криминологи выявляют микроскопические капли крови, а также ДНК, белки и низкие концентрации перекиси водорода, используя люминол. Не все они могут быть видны невооруженным глазом, но они становятся видимыми посредством химической реакции, называемой «хемилюминесценция».

Экономичным и выгодным является обнаружение биологических остатков с использованием этого метода, поскольку обнаруженный сигнал не зависит от внешнего источника света.

Помимо увеличения хемилюминесцентной интенсивности в несколько раз, микрожидкостный чип BGU также увеличивает время свечения люминола, позволяя обнаруживать гораздо меньшие образцы крови в криминалистической сцене.

Профессор BGU Алина Карабчевская, которая является руководителем группы BGU Light-on-a-Chip и членом подразделения электрооптической инженерии BGU и Института наноразмерной науки и техники им. Ильзе Каца, разработала это чиповое устройство.

Инновация объединяет использование люминола с наносферами серебра или золота в уникально разработанном микрофлюидном устройстве, которое расширяет предел обнаружения за счет увеличения эмиссии хемилюминесцентного света и позволяет получать изображения в чипе.

« Наши результаты открывают двери для новых интегрированных микрофлюидных чипов », – заявил профессор Карабчевский. « Практическая реализация этого обнаруженного эффекта будет включать в себя дополнительные превосходные датчики на основе хемилюминесценции для криминалистики, исследований в области биологии и химии и оптохимические лазеры без источников ».

Определение следовых количеств крови может повысить эффективность и точность судебного расследования места преступления, но требует более чувствительных детекторов, чем те, которые доступны в настоящее время . Мы ищем партнеров для дальнейшей разработки этого многообещающего запатентованного изобретения .

Нетта Коэн, главный исполнительный директор, BGN Technologies

Источник: http://www.aabgu.org/

Source link