Американские и канадские ученые открыли новый механизм образования мембранных везикул.

Эти автономные наночастицы захватывают белки, РНК и другие молекулы извне или внутри живых клеток в качестве питательных веществ или контролируют количество рецепторов гормонов на поверхности клетки, таких как рецепторы инсулина, для регулирования чувствительности клеток к гормонам.

Они также поставляют белковые гормоны на поверхность клеток, где они выделяются в соседние области, чтобы воздействовать на клетки на расстоянии. Эти процессы жизненно важны для нормальной работы клеток человека, а дисфункции связаны с несколькими заболеваниями, включая болезни сердца, рак и психоневрологические расстройства. Это также процесс, с помощью которого наночастицы, инкапсулирующие мРНК вакцины, транспортируются в клетки.

В своей исследовательской статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences ученые обнаружили, что эндоцитоз, механизм, с помощью которого молекулы попадают в клетки, начинается с развития «биомолекулярный конденсат». Биомолекулярные конденсаты – это недавно обнаруженное упорядочение белков и РНК в жидкие капли, что свидетельствует о каплях масла в воде.

На предварительных стадиях эндоцитоза определенные белки объединяются в местах зарождения на мембране клетки, двухслойной структуре молекул фосфолипидов, подобной молекулам детергентов, которые развивают структуру клеточных мембран, подобную мыльному пузырю.

В течение нескольких секунд на поверхности мембраны образуется конденсат, похожий на росу на поверхности стекла. В решающий момент клеточная мембрана поддается и инвагинирует в конденсат, в конечном итоге отщепляясь, образуя сферическую везикулу. Как мембрана поддается – загадка, но ученые считают, что эндоцитозный конденсат может быть ответом.

Чтобы понять, как биомолекулярный конденсат может вызвать эндоцитоз, первый автор Луи-Филипп Бержерон-Сандовал из Университета Монреаля сформулировал, что изгиб мембраны может быть фактором, влияющим на свойства материала конденсата.

Мы думали, что некоторая комбинация свойств, включая адгезионную способность ее поверхности, а также вязкость и эластичность конденсата, должна создавать силу на мембране, вызывающую ее изгиб.

Луи-Филипп Бержерон-Сандовал, первый автор исследования, Монреальский университет

Работая с партнерами, Алленом Эрлихом и Адамом Хендриксом из Университета Макгилла, он использовал метод, называемый микрореологией оптических ловушек, чтобы установить эти вязкоупругие свойства эндоцитарного конденсата.

Обсудив это, доктор Бержерон-Сандовал построил математическую модель, чтобы точно описать, как эндоцитарный конденсат толкает мембрану, изгибаясь в конденсат и образуя зарождающуюся везикулу.

Нашу модель можно представить по механической аналогии. Представьте себе гибкую резиновую мембрану, приклеенную к поверхности расширяющегося резинового баллона, наполненного вязкоупругой жидкостью. По мере расширения баллона его объем должен оставаться постоянным, поэтому резиновая мембрана втягивается в баллон, смещая объем, полученный при расширении баллона.

Стивен Мичник, ведущий автор исследования и биохимик, Монреальский университет

Добавлен со-ведущий автор Рохит Паппу, биоинженер из Вашингтонского университета в Сент-Луисе: «До наших первых презентаций нашей модели в 2017 году специалисты в области биомолекулярных конденсатов были сосредоточены на том, как эти тела концентрируются. белки и РНК для выполнения определенных функций. Наше исследование демонстрирует, что новое свойство биомолекулярных конденсатов – действовать как «механоактивные устройства», способные работать с другими материалами для формирования и организации живых клеток ».

Требуются дополнительные работы для проверки и расширения механоактивной роли биомолекулярных конденсатов в других процессах изгиба везикул и мембран, которые формируют клетку и перемещают материалы внутрь и наружу. Белки, составляющие эндоцитарный конденсат, связаны с другими белками, которые вызывают рак и нейродегенеративные заболевания.

Мутации этих белков изменяют материальные свойства конденсатов, которые они формируют, и считается, что эти изменения могут быть источником болезней. В настоящее время продолжаются усилия по созданию лекарств, которые останавливают или обращают вспять эти изменения.

Ссылка на журнал:

Бержерон-Сандовал, Л.П., и др. . (2021) Эндоцитарные белки с прионоподобными доменами образуют вязкоупругие конденсаты, которые обеспечивают ремоделирование мембран. Труды Национальной академии наук . doi.org/10.1073/pnas.2113789118.

Источник: https://www.umontreal.ca/en/[19459009visible

Эффективный и экономичный подход к созданию гибких катодов разработан в исследовании, опубликованном в журнале Nanomaterials .

Исследование: Co ₃ O ₄ Наноигольчатая матрица, выращенная на углеродной бумаге для воздушных катодов в направлении гибкого и перезаряжаемого Zn – Air Батареи. Изображение предоставлено: Viking75 / Shutterstock.com

В этом исследовании толстая мезопористая пленка Co ₃ O ₄ была впервые синтезирована на месте с использованием гидротермального метода на поверхности разрезанных углеродных волокон (CF). Затем была произведена бумага из углеродного волокна (Co ₃ O ₄ / CP) в виде гибкой воздушно-цинковой батареи (ZAB) с использованием технологии производства влажной бумаги.

( a ) Изображение EDS Co ₃ O ₄ / поверхность CF, ( b ) СЭМ и изображение распределения элементов Co Co ₃ O ₄ / CP. Изображение предоставлено: Ли, З. и др.

Эпоха вторичных энергетических батарей

Аккумуляторные батареи вторичной энергии, являясь перерабатываемой и возобновляемой системой экологически чистой энергии, доказали свою способность заменить большую часть задач, связанных с традиционным ископаемым топливом. Таким образом, они находят широкое применение в смартфонах, автомобилестроении, авиации и других секторах, поскольку требования к экологической безопасности и простоте использования энергии возросли.

В последние годы активизировались исследования по оптимизации аккумуляторных блоков вторичной энергии в отношении срока службы, удельной емкости, скоростных характеристик и т. Д.

<img alt=" Микро-КТ изображение воздушного катода Co3O4 / CP. (a) вид спереди, (b) вид сверху, (c) вид сбоку. "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38349_16391338662095974.png "style =" width: 2000px; height: 1224px; "width =" 2000 "height =" 1224 "/>

Микро-КТ изображение Co ₃ O ₄ / воздушный катод CP. ( a ) Вид спереди, ( b ) Вид сверху, ( c ) Вид сбоку. Изображение предоставлено: Ли, З. и др.

Разработка цинковоздушных батарей

Как одна из систем вторичных батарей, воздушно-цинковые батареи (ZAB) обладают хорошими эксплуатационными характеристиками, такими как высокая удельная емкость и плотность тока, что делает их подходящей альтернативой для гибких аккумуляторов энергии.

Материал анода, обычно используемый для воздушно-цинковых батарей, представляет собой коммерчески доступный графит, который, к сожалению, демонстрирует слабые циклические характеристики и не соответствует требованиям гибкого оборудования. В результате возникает острая необходимость в замене товарного графита более качественными пластичными анодными материалами.

Благодаря своей превосходной прочности на разрыв, высокой электропроводности и исключительной гибкости углеродное волокно (CF) стало идеальным вариантом для замены обычных графитовых анодов.

Благодаря своей более низкой стоимости и обширным запасам катализаторы из недрагоценных металлов начинают заменять классические катализаторы из драгоценных металлов, таких как золото и рутений.

Все недрагоценные металлические системы обладают каталитическим действием в присутствии основного электролита. В результате катализатор двойной роли на воздушном катоде оказывает значительное влияние на возможности и возможность зарядки гибких воздушно-цинковых батарей.

Благодаря своей нанопористой архитектуре, обширным запасам, превосходным каталитическим характеристикам и устойчивости к щелочам наноструктурированный Co ₃ O ₄ стал очень многообещающим катализатором двойного действия; материалы на основе углерода после гибридизации и Co ₃ O ₄ демонстрируют сильные характеристики реакции восстановления кислорода (ORR).

Были проведены некоторые исследования по созданию волокнистого ZAB. Однако недостатком волокнистых ячеек является их крошечный размер и ограниченная электрическая емкость. В результате разработка упрощенной и непрерывной одномерной загрузки пленки катализатора из углеродного волокна и метода двумерной интеграции имеет решающее значение.

<img alt=" (a) Схематическое фото Co3O4 / CP; (б) ТГА-спектры CF, Co3O4 / CF, Co3O4 / CP; c) испытание на растяжение CP, коммерческого CP, Co3O4 / CP; (d) Кривая десорбции азота. "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38349_16391336911166998.png "style =" width: 2000px; height: 1602px; "width =" 2000 "height =" 1602 "/>

( a ) Схематическое фото Co ₃ O ₄ / CP; ( b ) Спектры ТГА CF, Co ₃ O ₄ / CF, Co ₃ O ₄ / CP; ( c ) Испытание на растяжение CP, коммерческого CP, Co ₃ O ₄ / CP; ( d ) Кривая десорбции азота. Изображение предоставлено: Ли, З. и др.

Подробности исследования

Нарезанные углеродные волокна использовались в качестве прекурсоров и углеродных компонентов в этом исследовании для эффективного создания воздушных электродов Co ₃ O ₄ / CP с использованием методов гидротермального производства и мокрого формования.

Цинково-воздушная батарея была изготовлена ​​и подготовлена ​​с использованием быстрой и простой процедуры ламинирования. Увеличенная удельная площадь и активные площади углеродного волокна с единичным разрезом после обработки травлением диоксидом углерода привели к гораздо более высокой степени адгезии Со, что полезно для повышения каталитической эффективности.

Используя Co ₃ O ₄ / CP в качестве материала для воздушного катода, произведенная воздушно-цинковая батарея продемонстрировала отличные характеристики в обоих направлениях и высокую циклическую стабильность зарядки и разрядки. , а также способность функционировать в диапазоне складчатых ориентаций.

Эти ультратонкие бумажные композитные электродные материалы, которые обладают значительным потенциалом, будут способствовать дальнейшему ускорению роста производства воздушно-цинковых батарей в области различных гибких и носимых устройств накопления энергии.

<img alt=" Гибкая система сборки воздушно-цинковых батарей и их применение. (а) статическое напряжение решетки; (б) гибкость массива; (c) напряжение износа массива. "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38349_16391337552592278.png "style =" width: 2000px; height: 490px; "width =" 2000 "height =" 490 "/>

Гибкая система сборки воздушно-цинковых батарей и их применение. ( a ) Статическое напряжение массива; ( b ) гибкость массива; ( c ) напряжение износа массива. Изображение предоставлено: Ли, З. и др.

Основные выводы

Качество работы электрода Co ₃ O ₄ / CP для реакций осаждения и восстановления кислорода значительно выше по сравнению со стандартной копировальной бумагой той же марки благодаря отличным характеристикам электрокаталитическая активность пленки Co ₃ O ₄ и высокая электрическая проводимость активного материала.

Co ₃ O ₄ / CP обладает высокой механической прочностью и высокой электропроводностью благодаря технологии мокрого производства бумаги. Кроме того, сконструированный ZAB обладает исключительными электролитическими характеристиками.

Эта традиционная технология производства бумаги открыла новые возможности для разработки гибких воздушных электродов. Комбинация последовательной загрузки каталитической пленки Co ₃ O ₄ и технологии интеграции сетки из углеродного волокна увеличивает однородность внутренней загрузки и продолжение процесса. В результате, этот воздушный катод на бумажной основе имеет многообещающие перспективы для перезаряжаемых гибких систем воздушно-цинковых батарей.

Читать далее: Сбор естественной энергии на кончиках ваших пальцев.

Ссылка

Ли, З., Хань, В., Цзя, П., Ли, X., Цзян, Ю., и Дин, К. (2021) Ко ₃ O ₄ Наноигольчатая матрица, выращенная на бумаге из углеродного волокна для использования в качестве воздушных катодов в гибких и перезаряжаемых Zn-воздушных батареях. Наноматериалы, 11 (12). Доступно по адресу: https://www.mdpi.com/2079-4991/11/12/3321/htm[19459007impression

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

В последнем исследовании, опубликованном в журнале Crystal Growth and Design, дается подробный обзор методов, используемых для создания изломов, а также свойств и применения изогнутых нанопроволок (NW).

Исследование: перегиб в полупроводниковых нанопроводах: обзор. Изображение предоставлено: Роберто Ло Савио / Shutterstock.com

Процесс изгиба включает изменение определенных параметров окружающей среды, таких как температура или давление, что приводит к изменению направления роста нанопроволок.

Общий обзор нанопроволок

Нанопроволока – это одномерные твердые наноструктуры с высоким отношением поверхности к объему, которые являются одним из наиболее исследуемых объектов в современной технологии материалов. Биохимические датчики, энергосберегающие светоизлучающие устройства, фотоэлектрические панели, фотодиоды, материал батарей, логические вентили, полевые полупроводники и другие электронные и фотонные устройства – все это основные области применения NW.

Способность адаптировать атрибуты ННК путем изменения их состава, размера, параметра решетки и дефектной структуры критически достигается за счет изгиба.

Поскольку изгибы могут существенно повлиять на критические качества NW, в большинстве систем предпочтительны гладкие и безотказные NW. Однако он может предоставить NW совершенно новые возможности.

Газообразные предшественники добавляются в реакционную камеру и распадаются на металлические наночастицы. Предыдущие компоненты начинают образовывать кристаллическую затравку, когда частицы катализатора становятся перенасыщенными.

Разработка катализатора будет осуществляться в соответствии с процессами пар-жидкость-твердое тело (VLS) или пар-твердое тело-твердое тело (VSS), в зависимости от того, жидкий он или твердотельный.

Обычные критические параметры в синтезе изогнутых нанопроволок

Существует множество методов получения изломов в NW. Во время реакции самые популярные процедуры основаны на регулировке определенных параметров, таких как рабочая температура и давление.

Как известно, температура в реакционной камере влияет на направление роста ННК. Если температура изменяется во время производства, ориентация роста уже развивающейся ННК может измениться. В результате температура считается основной переменной, которую можно изменить.

Однако процессы, вызывающие перекручивание при подходящей температуре, могут быть не так очевидны. В зависимости от конструкции и подхода изгибы могут происходить при температурах отжига «ниже оптимальных» или «выше оптимальных». Это происходит только в относительно ограниченном диапазоне температур, в течение которого катализатор, по прогнозам, перейдет из твердой в жидкую форму.

Другим типичным компонентом, определяющим направление развития ННК, является давление (как абсолютное давление, так и предшествующее парциальное давление), которое часто регулируется на протяжении всего производства для образования изгибов.

Альтернативные процессы синтеза изогнутых нанопроволок

Модуляция состава пара / газа – еще один важный процесс синтеза. Во время процесса выращивания VLS, структура окружающей среды в камере может быть скорректирована для получения определенных топологий и более сложных композиций, таких как гетероструктурированные NW.

Перегиб также может происходить из-за изменений содержания пара или газа, особенно при корректировке антецедента. Более того, расположение излома, созданного этим подходом, можно точно регулировать.

Несколько исследований обнаружили определенную взаимосвязь между размерами ННК и вероятностью изгиба. Учитывая, что размеры изогнутых НП в обоих методах VLS и VSS тесно связаны с диаметром молекул катализатора, дополнительным параметром, который можно использовать для изменения количества изогнутых НП в образце, является диаметр частицы.

Величина динамической силы, необходимой для возникновения перегиба, варьируется в зависимости от подложки и, следовательно, от скорости роста, которая часто определяется предшествующей скоростью потока в резервуаре. Изогнутые ННК были получены путем травления в нескольких исследованиях, процедура существенно отличается от методов VLS и VSS.

Свойства и применение изогнутых нанопроволок

Различные изменения происходят в свойствах изогнутых нанопроволок. Механические и физические свойства изогнутых ННК могут иметь значительное влияние на функционирование наноэлектромеханических систем.

Считается, что изломы вызывают сопротивление передаче заряженных частиц в ННК. Было обнаружено, что проводимость сильно зависит от формы излома. Кроме того, поскольку существует несколько каналов передачи, изогнутые ННК с большим диаметром, вероятно, будут лучшими проводниками.

Наноэлектронные устройства, состоящие из различных наноматериалов, включая ННК, имеют огромные перспективы для исследования биологических механизмов. Тем не менее, большинство исследований сосредоточено на планарных конструкциях устройств, в то время как реализация точных точечных и трехмерных датчиков остается сложной задачей. Изогнутые NW могут помочь преодолеть это ограничение.

Короче говоря, хотя изгиб приводит к появлению нескольких дефектов, он вызвал интерес исследователей и считается мощным методом точной настройки характеристик и морфологии одномерных наноструктур.

Продолжить чтение: Прорыв в атомной структуре аморфных материалов.

Ссылка

Власов, С. и др., (2021) Перегиб в полупроводниковых нанопроводах: обзор. Выращивание и дизайн кристаллов. Доступно на : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.cgd.1c00802

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

В статье, опубликованной в журнале Forests освещаются усовершенствованные квазистатические методы наноиндентирования Берковича для повышения точности измерений сложных полимерных материалов, таких как стенки деревянных ячеек.

Исследование: передовой опыт квазистатического наноиндентирования по Берковичу клеточных стенок древесины. Изображение предоставлено: Digital Photo / Shutterstock.com

Традиционные методы предполагают, что образцы жестко закреплены, однородны и полубесконечны. Однако для получения точных результатов желательно недавно усовершенствованное квазистатическое наноиндентирование по Берковичу, поскольку оно обеспечивает способ исправления и обнаружения ошибок, связанных с обнаружением поверхности и структурной податливостью, возникающей из-за грязных зондов, характеристик наноиндентора и дрейфа смещения.

<img alt=" Два примера конструкции преобразователей, используемых в коммерческих наноинденторах. (a) Стандартный датчик TriboIndenter компании Bruker Hysitron (Миннеаполис, Миннесота, США) представляет собой емкостной датчик силы / смещения с тремя пластинами. Зонд прикреплен к центральной пластине, которая подвешена между двумя внешними пластинами с помощью листовых рессор. Чтобы измерить смещение, сигнал 180_ переменного тока в противофазе подается на две внешние пластины, создавая потенциал электрического поля между двумя внешними пластинами, равный нулю в центре. Напряжение, измеренное со средней пластины, калибруется для измерения смещения. Сила прикладывается к центральной пластине путем приложения большого смещения постоянного тока к нижней или верхней пластине, что создает электростатическое притяжение с центральной пластиной, которое можно откалибровать как силу. Преобразователь прикреплен к пьезо-сканеру, что позволяет использовать наноинденторный зонд в качестве стилуса для визуализации. (b) Корпорация KLA-Tencor (Милпитас, Калифорния, США) Nano Indenter G200 использует датчик электромагнитной силы и измеритель емкости для измерения смещения. Узел датчика также поддерживается листовыми рессорами. "Src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38344_4453946520659724789.jpg "width =" 728 "height =" 461 "/>

Два примера конструкции преобразователей, используемых в коммерческих наноинденторах. ( a ) Стандартный датчик TriboIndenter компании Bruker Hysitron (Миннеаполис, Миннесота, США) представляет собой трехпластинчатый емкостный датчик силы / смещения. Зонд прикреплен к центральной пластине, которая подвешена между двумя внешними пластинами с помощью листовых рессор. Чтобы измерить смещение, сигнал переменного тока 180 _ сдвинутый по фазе, подается на две внешние пластины, создавая потенциал электрического поля между двумя внешними пластинами, равный нулю в центре. Напряжение, измеренное со средней пластины, калибруется для измерения смещения. Сила прикладывается к центральной пластине путем приложения большого смещения постоянного тока к нижней или верхней пластине, что создает электростатическое притяжение с центральной пластиной, которое можно откалибровать как силу. Преобразователь прикреплен к пьезо-сканеру, что позволяет использовать наноинденторный зонд в качестве стилуса для визуализации. ( b ) Nano Indenter G200 корпорации KLA-Tencor (Милпитас, Калифорния, США) использует электромагнитный датчик силы и емкостной датчик для измерения смещения. Узел зонда также поддерживается листовыми пружинами. Изображение предоставлено: Джейкс, Дж. Э. и Стоун, Д. С.

От традиционного к улучшенному наноиндентированию

Проведение калибровочных испытаний из плавленого кварца для расчета податливости наноиндентора и функции площади зонда является обычной частью традиционного исследования наноиндентирования. Эти калибровки затем используются для расчета твердости и модуля упругости путем анализа графика зависимости нагрузки от глубины исследуемого материала.

Ключом к улучшениям является определение наноиндентирования при нескольких нагрузках, при котором механические характеристики оцениваются как функция размера наноиндентирования в каждой точке наноиндентирования.

Заменить импровизацию можно, полагаясь на непрерывные измерения жесткости (CSM), но требуются дополнительные усилия, чтобы сделать CSM надежным.

Основы наноиндентирования

Одна из базовых функций включает в себя приборы для определения нагрузки и смещений по отдельности, исполнительный механизм для выполнения заранее заданной функции нагрузки и способность точно определять наноиндентирование в образце.

Кроме того, анализируются базовая механика контакта и след нагрузки от глубины для определения упругих свойств, таких как модуль Юнга древесины. Кроме того, метод структурной податливости C _s применяется для изучения результатов наноиндентирования изгибающихся близлежащих краев в масштабе образца

.

Мультизагрузочные наноиндентирования выполняются для оценки точных C _s . Кроме того, чтобы получить максимально точную нагрузку (P) и глубину (h), пользователь должен построить функции нагрузки до наноиндентирования и экспериментальные методы. Также необходимо выбрать полностью плоский, чистый образец древесины, расположенный перпендикулярно направлению, в котором зонд наноиндентирования вдавливается в материал.

<img alt=" Схемы, иллюстрирующие потенциальные источники структурной податливости в наноиндентировании клеточной стенки древесины, включая (а) изгиб в масштабе образца, представленный деформациями в деревянной клеточной структуре, (б) свободный край, например, с пустым просветом, и (c) гетерофазный интерфейс, например, между CCML и вторичной клеточной стенкой S1. "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38344_4453946520975692177.jpg "width =" 698 "height =" 345 "/>

Схемы, иллюстрирующие потенциальные источники структурной податливости при наноиндентировании клеточной стенки древесины, включая ( ) изгиб в масштабе образца, представленный деформации в ячеистой структуре древесины, ( b ) свободный край, например, с пустым просветом, и ( c ) гетерофазный интерфейс, например, между CCML и вторичной клеточной стенкой S1. Изображение предоставлено: Джейкс, Дж. Э., и Стоун, Д. С.

Материалы и методы

Образец поздней древесины сосны лоблоллиевой получают в условиях окружающей среды. Во время исследований температура активно не регулируется и колеблется между 24 и 26 градусами Цельсия. Более того, остаточные вмятины фиксируются с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) в контактном режиме с использованием усовершенствованной поверхностной микроскопии.

Алгоритм анализа

Чтобы обеспечить последовательность процесса, необходимо выполнить алгоритм анализа, который позволяет отбрасывать данные или улучшать их путем внесения изменений.

Во-первых, калибровка из плавленого кварца выполняется для определения C _м функции площади зонда и дефектов наконечника зонда Берковича. Во-вторых, изображения оттисков остаточного наноиндентирования используются для проверки расположения и качества наноиндентирования. Зонд с наноиндентором для получения этих изображений обычно используют сканирующую зондовую микроскопию (СЗМ) или АСМ.

В-третьих, предварительная кривая нагрузки-глубины проверяется для выявления аномального поведения полученных результатов. Если только крошечный процент наноинденций в наборе данных ведет себя ненормально, их следует удалить перед продолжением метода анализа.

После этого выполняется анализ отрыва до наноиндентирования для обнаружения грязных наконечников зонда. На следующем этапе смещение смещения измеряется и корректируется. Затем выполняется предварительный анализ, чтобы изучить, соответствуют ли какие-либо разгрузочные сегменты наноиндентированию с диаметром наноиндентирования, A _o ½ > 0,266 мкм. Наконец, обнаруживаются поверхностные погрешности, а затем результаты сравниваются с независимыми измерениями площади.

<img alt=" Схема, показывающая, как разработать эксперимент с использованием ряда дочерних клеток для изучения эффектов обработки, такой как адгезив или покрытие, на свойства клеточной стенки с высокой степенью чувствительности. "Src = "https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38344_4453946521284722607.jpg" width = "500" height = "397" />

Схема, иллюстрирующая, как разработать эксперимент с использованием ряда дочерних клеток для изучения эффектов обработки, такой как адгезив или покрытие, на свойства клеточной стенки с высокой степенью чувствительности. Изображение предоставлено: Джейкс, Дж. Э. и Стоун, Д. С.

Результаты исследования

Чтобы выделить основные результаты этого исследования, первоначально были включены только наноиндентирования, имеющие по крайней мере три разгрузочных сегмента, соответствующих критерию размера. Более того, постоянные характеристики для A _o ½ > 0,266 мкм также указывали на то, что структурные соответствия были адекватно учтены и что не произошло значительной ошибки определения глубины на поверхности.

Наконец, наиболее важным результатом было то, что свойства не зависят от размера наноиндентирования A _o ½ > 0,266 мкм. Что касается улучшений, было рекомендовано провести один эксперимент для всех видов лечения и включить в данные как можно больше информации.

Наноиндентирование – ценный инструмент

Наноиндентирование оказалось эффективным методом определения механических характеристик сложных материалов микрометрового размера, таких как стенки деревянных ячеек. Точность квазистатических измерений твердости и модуля упругости по Берковичу в сложных материалах, таких как стенки ячеек древесины, была улучшена с использованием методов наноиндентирования и программы анализа, предложенной в этом исследовании.

Продолжить чтение: https://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=5890.[19459019visible

Дополнительная литература

Джейкс, Дж. Э. и Стоун, Д. С. (2021) Лучшие практики квазистатического наноиндентирования по Берковичу клеточных стенок древесины. Леса, 12 (12). Доступно по адресу: https://www.mdpi.com/1999-4907/12/12/1696[19459007impression

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Исследователи из Хьюстонского университета продемонстрировали зависимость размера капель при фазовых переходах из воды в лед на поверхности наномембран из анодированного оксида алюминия (AAO). Это исследование было опубликовано в журнале Nature Communications.

Исследование: замерзание капель воды в несколько нанометров. Изображение предоставлено: Mario7 / Shutterstsock.com

При масштабе менее 10 нм температура превращения сильно зависит от размера капель воды. На 2 нанометрах эта температура опускается ниже предела однородной объемной нуклеации.

В большинстве природных и промышленных сред фазовые переходы воды в лед происходят на неоднородных поверхностях, то есть когда капли воды контактируют с другой средой.

Понимание этого явления приведет к впечатляющим достижениям в технологии биомимитации с критически важными приложениями в системах защиты от обледенения для авиации, инфраструктуры и даже систем криоконсервации.

Краткое руководство по нуклеации

Зарождение ядра – это первый шаг в процессе формирования новой термодинамической фазы или новой структуры посредством самоорганизации. Обычно это время, необходимое для появления новой фазы или структуры.

Время первичной нуклеации определяет время, необходимое для образования первых ядер кристалла. В то время как вторичное зародышеобразование зависит от предварительного образования кристаллов, первичное зародышеобразование – нет. Для образования кристаллов необходимы как первичное, так и вторичное зародышеобразование, но их механизмы различны.

Было обнаружено, что процесс зародышеобразования зависит от примесей в системе. Таким образом, мы можем различать два типа зародышеобразования: гомогенное зародышеобразование происходит вдали от поверхности, тогда как гетерогенное зародышеобразование происходит на поверхности.

В термодинамически замкнутых системах свободная энергия Гиббса описывает максимальное количество работы без расширения, которая может быть извлечена из системы. Вдали от поверхности остается меньше свободной энергии для образования кристаллов, и поэтому гомогенное зародышеобразование происходит медленнее (и менее распространено), чем гетерогенное зародышеобразование.

Снижение предела замерзания неоднородных наноповерхностей

<img alt=" Преодолевая предел замерзания воды "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38356_16391416989153920.png "style =" width: 1200 "width =" 477 "height =" 176 "/>

Зависимость преобразования воды в лед от длины в гетерогенном режиме. Для капель воды размером 2 нм гетерогенная нуклеация может нарушить предел объемной гомогенной нуклеации. b Схема нанокапли, сформированной в ограниченной геометрии и окруженной нефтяной средой, где зародышеобразование льда происходит на границе раздела мягкая нефть-вода. Зарождение льда изменяет локальную кривизну границы раздела нефть-вода. Изображение предоставлено: Хакимиан А. и др.

Исследователи из Хьюстонского университета изучили образование кристаллов льда с геометрическими размерами до 2 нм.

Нанокапли воды образовывались внутри пор мембран из анодированного оксида алюминия (AAO). Мембраны имели диаметр 1 см и толщину от 50 до 60 мкм. Толщина мембраны определяет длину (размер) пор, а диаметр пор составляет от 2 до 150 нм.

За исключением мембран толщиной 2 и 5 нм, поры были равномерно (изотропно) распределены по толщине мембраны: мембраны толщиной 2 и 5 нм состояли из двух слоев с разными размерами пор.

Нанокапли воды были погружены в среду с октановым маслом, чтобы они могли образовывать границу раздела вода-масло. Таким образом, на этой границе могло быть инициировано зарождение льда. Поскольку температура фазового превращения октана из твердой фазы в жидкую (при -57 ° C) значительно ниже температур, рассмотренных в исследовании, это не повлияет на наблюдаемые результаты.

Поскольку электрическая проводимость воды и льда различается на три порядка, команда смогла обнаружить фазовые переходы между водой и льдом с помощью четырехзондового метода. Они также использовали инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье (FTIR) для независимой проверки своих результатов.

Используя типичные мембраны с порами 150 нм, команда постепенно снижала температуру со скоростью 0,3 ° C в минуту и ​​измеряла вольт-амперные кривые при каждой температуре.

По мере того, как температура снижалась, сопротивление в порах линейно увеличивалось, показывая влияние температурных изменений на удельное электрическое сопротивление. Однако между -9 ° C и -11 ° C произошел сильный нелинейный сдвиг электрического сопротивления. Этот скачок указывает на фазовое превращение воды в лед внутри пор.

Метод электропроводности также использовался на мембранах с размером пор 10, 20, 40 и 80 нм. Также были обнаружены нелинейные сдвиги в электрическом сопротивлении, но при разных температурах, что свидетельствует о зависимости температур превращения от размера капель.

Команда также заметила, что фазовое превращение вода-лед при размере пор 2 нм происходит при более низких температурах (-41 ° C), чем при гомогенной объемной нуклеации (примерно -38 ° C). Важно отметить, что они показали, что в масштабе нескольких нанометров мягко изогнутая граница раздела нефть-вода играет решающую роль в подавлении образования льда.

Это открывает новые возможности для изучения образования льда на неоднородных поверхностях в промышленных, медицинских и других средах.

Ссылка

Хакимиан, А., и др. (2021) Замораживание капель воды размером несколько нанометров. Nature [online] 12, 6973. Доступно по адресу: https://www.nature.com/articles/s41467-021-27346-w[19459005visible

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Новое исследование было опубликовано в журнале Nano Convergence по регенерации ткани скелетных мышц с целью использования нанотехнологий для управления дифференцировкой мышц.

Исследование: Наностолбики наноразмерных размеров, покрытые оксидом графена, на полимерных решетках с микроканавками, которые усиливают дифференцировку клеток скелетных мышц. Изображение предоставлено: Rattiya Thongdumhyu / Shutterstock.com

Здесь исследователи использовали нанотехнологию для управления дифференцировкой мышц с наностолбиками, модифицированными оксидом графена (sGO), на микроканавках гибридного полимерного массива (NMPA).

Решение текущих проблем дегенерации скелета

Скелетные мышцы играют важную роль в движениях тела и дыхании; мышечные клетки сокращаются и высвобождаются из-за сложных биохимических сигналов, генерируемых и передаваемых периферической и нервной системами.

Использование наноразмерных наностолбиков, модифицированных оксидом графена, на полимерном массиве с микроканавками для дифференциации мышц. Изображение предоставлено: Чой, Х. и др.

Мышечная ткань преимущественно состоит из длинных постмитотических многоядерных волокон, и поддержание этой ткани обеспечивается близко расположенными сателлитными клетками.

Мышечные сателлитные клетки или сателлитные стволовые клетки могут активироваться стимулами, такими как физическая травма или сигналы роста, приводящие к их клеточным делениям, либо увеличивая их количество, либо приводя к появлению предшественников. Размножение и дифференциация миогенных предшественников посредством слияния друг с другом или с поврежденными волокнами позволяет восстановить поврежденные волокна, а также связанную с ними функцию.

Это важно для поддержания здоровья мышц, потеря которого может привести к многочисленным проблемам со здоровьем, включая хронические воспалительные заболевания, рак и неврологические расстройства. Атрофия мышц и усталость, связанные с заболеванием, имеют большое значение, поскольку слабость скелетных мышц может привести к увеличению времени госпитализации, ограничению физических упражнений и общему низкому качеству жизни.

В то время как естественные механизмы восстановления могут помочь при небольших нарушениях здоровья скелетных мышц, при потере массивных мышечных пучков или повреждении из-за генетических аномалий и мутаций, естественный механизм восстановления неэффективен.

Интересно, что факторы регенерации скелетных мышц могут быть многообещающими для решения проблемы дегенерации мышечной ткани.

Новое исследование было сосредоточено на создании in vitro мышечных клеток посредством контроля дифференцировки мультипотентных стволовых клеток или унипотентных домиогенных клеток, таких как миобласты.

Подтверждение влияния оксида графена на поведение клеток. a FE-SEM-изображения структур PR нанотверстий и PDMS наностолбиков, и b распределение размеров PDMS структур. Карта интенсивности комбинационного рассеяния для чистого PDMS, LGO-, 10-sGO- и 5-sGO-модифицированного PDMS. b Изображения с конфокальной микроскопии клеток на голом PDMS, LGO-, 10-sGO- и 5-sGO-модифицированном PDMS, иммуноокрашенном актином (красный) и Hoechst (синий). c − e Площадь распространения клеток ( c ), округлость ( d ) и соотношение сторон ( e ) клеток на голый ПДМС, ПДМС, модифицированный LGO, 10-sGO и 5-sGO. f Схематическая диаграмма процесса обработки трипсином и центрифугированием. g h Соотношение клеток, остающееся на PDMS, LGO-, 10-sGO- и 5-sGO-модифицированном PDMS после трипсина ( g ) и центрифугирования ( h ) лечение. (* P ≤ 0,5, ** p ≤ 0,01, *** p ≤ 0,001). Изображение предоставлено: Чой, Х. и др.

Вызывание дифференцировки клеток скелетных мышц

Наиболее распространенный метод индукции дифференцировки клеток скелетных мышц включает использование среды для культивирования, содержащей различные факторы миогенной дифференцировки, включая FGF, TGF-β и IGF. Это потенциально может модулировать клеточное микроокружение, включая внеклеточный матрикс (ЕСМ), и влиять на состояние клеток.

Новаторская исследовательская группа использовала наноразмерный оксид графена (sGO) различных размеров на микроканавчатом гибридном полимерном массиве (NMPA), чтобы исследовать наиболее эффективный метод контроля дифференцировки клеток скелетных мышц.

Введение оксида графена (GO) может повысить уровни адгезии клеток на полимерных массивах и наноструктурах с микрорельефами с помощью таких методов, как сканирующая электронная микроскопия и рамановская спектроскопия.

Приведенная выше схематическая диаграмма может проиллюстрировать, как наностолбики наноразмерных размеров, модифицированные оксидом графена, на полимерном массиве с микроканавками могут быть использованы для засева клеток скелетных мышц и обеспечения улучшенной адгезии клеток наряду с массивами гибридных рисунков, таких как наноразмеры и микрошаблоны.

В этом исследовании были исследованы три различных параметра: разрастание клеток, округлость и соотношение сторон линии миобластных клеток C2C12. Эффективность дифференцировки клеток скелетных мышц этой линии клеток оценивали с помощью иммунофлуоресценции.

Это новое исследование привело к поразительно положительным результатам, которые позволили улучшить производство клеток скелетных мышц. Было обнаружено, что массивы гибридных паттернов, используемые исследователями, улучшают распространение и выравнивание клеток. Кроме того, с включением оксида графена в массив гибридных рисунков одновременно увеличилась дифференциация клеток и стабильная культура клеток на полимерной подложке.

Подтверждение миогенной дифференцировки клеток. a Яркие изображения ячеек на голом PDMS, LG-NMPA, 10-sG-NMPA и 5-sGO-NMPA. b Изображения с конфокальной микроскопии клеток на голом PDMS, LG-NMPA, 10-sG-NMPA и 5-sGO-NMPA, иммуноокрашенных α-актином (зеленый), MHC (красный) и Hoechst ( Синий). c График средней интенсивности, деленной на количество ядер. d Схематическая диаграмма корреляции между размером ГО и дифференцировкой клеток на основе данных средней интенсивности. (* P ≤ 0,5). Изображение предоставлено: Чой, Х. и др.

Будущее возрождения

Эта новая регенеративная стратегия с использованием NMPA, покрытого GO, может рассматриваться как эффективная платформа для дифференцировки клеток скелетных мышц. Это исследование является важным шагом для развития области регенеративной медицины, а также технологии биороботов, включающей мышечные клетки и полимерные субстраты.

Использование этого исследования для тканевой инженерии обеспечивает основу для дальнейших исследований потенциально новых методов лечения, которые могут воздействовать на повреждение клеток скелетных мышц после травм, а также генетические мутации и нарушения.

Расширение области медицины таким образом может быть революционным для тканевой инженерии и регенерации и позволяет уделять особое внимание уходу за пациентами, обеспечивая хорошее качество жизни для стареющего населения.

Читать далее: Процессы окисления-восстановления для производства графена и оксидов графена.

Ссылка:

Чой, Х., Ким, С., Ли, С., Ким, Т. и О, Б., (2021) Наностолбики наноразмерного размера, покрытые оксидом графена, на полимерных решетках с микроканавками, которые усиливают дифференцировку клеток скелетных мышц. Нано конвергенция 8 (1). Доступно по адресу: https://nanoconvergencejournal.springeropen.com/articles/10.1186/s40580-021-00291-6

Дополнительная литература:

Дюмон, Н., Бенцингер, К., Синнес, М. и Рудницки, М., (2015) Клетки-сателлиты и регенерация скелетных мышц. Комплексная физиология стр.1027-1059. Доступно по адресу: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cphy.c140068

Пауэрс С., Линч Г., Мерфи К., Рид М. и Зейдевинд И. (2016) Атрофия и усталость скелетных мышц, вызванная заболеванием. Медицина и наука в спорте и упражнениях 48 (11), pp.2307-2319. Доступно по адресу: https://journals.lww.com/acsm-msse/Fulltext/2016/11000/Disease_Induced_Skeletal_Muscle_Atrophy_and. 28.aspx

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Наночастицы, изначально разработанные в качестве биологических маркеров, входят в первое терапевтическое испытание для лечения пациентов с запущенными, рецидивирующими или рефрактерными формами рака.

С самого начала эти «точки Корнелла» – флуоресцентные наночастицы в оболочке из диоксида кремния, разработанные в лаборатории профессора инженерных наук Ульриха Визнера, – рассматривались как имеющие большой потенциал в качестве биологических маркеров.

Технология была усовершенствована и улучшена с момента ее открытия в 2005 году. C'Dots были использованы для создания самого маленького в мире лазера и продемонстрировали диагностическую способность обнаруживать опухоли; новая версия была вооружена наноразмерными фрагментами антител; а в отдельных исследованиях действительно вызывала, без добавления лекарства, форму гибели клеток в опухолях.

Теперь C'Dots, безопасные и эффективные в трех предыдущих диагностических клинических испытаниях на людях, только начали свое первое терапевтическое испытание.

После дальнейшей разработки Elucida Oncology, Inc., биотехнологической компании из Нью-Джерси, соучредителем которой является Виснер, новейшая версия C'Dots получила название CDC – конгаты лекарств C'Dot – наночастицы с десятками прикрепленных молекул лекарства.

Одним из ключей к C'Dots является их способность эффективно выводиться из организма через почки с минимальным накоплением за пределами цели.

«У нас есть эта [trademarked] парадигма« цель или очистить », – сказал Визнер. «Они либо нацелены на опухоль, либо выходят наружу и не накапливаются в нецелевых участках вашего тела. Следовательно, ожидается, что они существенно уменьшат побочные эффекты по сравнению с предыдущими [therapeutic] платформами».

Технология Elucida включает 10-этапный процесс, в котором C'Dots либо находят свою отметку, либо удаляются. После инъекции и циркуляции в кровотоке центры CDC находят опухоль. Затем CDC диффундируют через микроокружение опухоли, чтобы целенаправленно воздействовать на опухолевые клетки.

Это ключ: чем лучше CDC распространяются по всей опухоли, тем лучше они могут воздействовать на клетки по всей опухоли, а не только на поверхностный слой.

«Цель или очистка» ведет к эффективному биораспределению; накопление в опухоли увеличивается до максимума, а накопление вне мишени (например, в печени) сводится к минимуму, что снижает вероятность отрицательных побочных эффектов, которые часто возникают у пациентов, проходящих курс химиотерапии.

Несмотря на свои сверхмалые размеры, C'Dots могут быть вооружены полезной нагрузкой, содержащей до 80 молекул синтетических лекарств, без ущерба для желаемых целевых и фармакокинетических свойств.

Источник: https://www.cornell.edu/[19459007visible

На протяжении более 30 лет биомедицинские наноматериалы эффективно разрабатывались на благо тераностики – составного термина, обозначающего диагностику и лечение опухолей.

Для нацеливания лечения опухоли наночастицы должны иметь возможность достигать области опухоли и ее специфического микроокружения.

Последние исследования показывают, как физические характеристики наночастиц, особенно их форма и размер, радикально влияют на их биологическое поведение. Контроль над этими характеристиками материала необходим для гарантии того, что лечение попадет в опухоль после того, как частицы пройдут через многие другие здоровые физиологические микросреды.

В Applied Physics Reviews изданном AIP Publishing, ученые из Китая и США анализируют, как биология стимулирует морфологические изменения в некоторых типах наночастиц. Эти типы частиц известны как интеллектуальные трансформируемые наночастицы, потому что они могут изменять свою форму и размер при стимуляции из их ближайшего окружения.

Эти умные трансформируемые наночастицы в основном подходят для тераностики опухолей, потому что их физические характеристики адаптируются к физиологии. Эти корректировки увеличивают циркуляцию частиц, биораспределение, удержание опухоли, проникновение опухоли и субклеточное распределение для таргетной терапии.

Умные трансформируемые наночастицы могут изменять свою морфологию в различных физиологических условиях в соответствии с терапевтическими требованиями. В нашем исследовании мы раскрываем структурные схемы этих интеллектуальных систем, а также углубленные механизмы преобразований.

Цзяньсюнь Дин, соавтор исследования и исследователь

Ученые демонстрируют конструкции трансформируемых наночастиц как параметр для их создания и обсуждают биомедицинские приложения в области тераностики. Дин и его коллеги демонстрируют свое понимание с помощью уникальных классификаций дизайна преобразования наночастиц и процессов, способствующих модификации.

Например, ученые разделили преобразование дизайна на две общие категории: размер и форма. Для наночастиц с трансформируемыми размерами модификации далее разделяются на преобразования от большого к малому и от малого к большому. Исследование раскрывает комплексные и рациональные конструкции трансформируемых наночастиц на основе их структур.

Что касается процессов, влияющих на трансформацию наночастиц, «мы полагали, что и структура, и стимулы внесли большой вклад», – сказал Дин. «Например, разные значения pH определяли точное место трансформации, которое коррелирует с различными физиологическими, внеклеточными и эндо / лизосомными условиями».

Наночастицы со стабильной физической морфологией широко исследовались и применялись в тераностике опухолей в прошлом, в то время как последние исследования трансформации наночастиц были сосредоточены в основном на реакции на стимулы. Однако до сих пор не было обстоятельного обсуждения состава и применения трансформируемых морфологией наночастиц.

В нашем обзоре рассматривается конструкция структуры, механизм трансформации и биомедицинское применение интеллектуальных трансформируемых наночастиц, а также рассматриваются перспективы их ограничений. Мы считаем, что этот обзор прольет свет на эту важную область.

Цзяньсюнь Дин, соавтор исследования и исследователь

Ссылка на журнал:

Чен Дж. и др. . (2021) Интеллектуальные трансформируемые наночастицы для улучшенной тераностики опухолей. Обзоры прикладной физики . doi.org/10.1063/5.0061530.

Источник: https://www.aip.org/[19459009visible

В исследовании, недавно опубликованном в Журнале Европейского керамического общества, был представлен уникальный метод использования керамической пены, стабилизированной наночастицами, с бемитом в сочетании с диоксидом кремния в качестве двухфазного золя для производства муллитовой керамической пены. .

Исследование: пеноматериалы из двухфазной пены, стабилизированные наночастицами золя, с регулируемыми порами. Изображение предоставлено: socrates471 / Shutterstock.com

Наночастицы (НЧ) помогают увеличить удельную поверхность керамической пены. Получаемые пенопласты из муллитовой керамики имеют иерархические поры, лучшую прочность на сжатие и высокий уровень открытой пористости.

Введение в муллитовую керамику

Муллит (3Al ₂ O ₃ .2SiO ₂ ), как стабильное соединение, часто использовался в качестве огнеупора и конструкционного материала для высоких -температурных применений из-за его превосходных свойств, таких как высокая температура плавления, низкая скорость ползучести, минимальная теплопроводность и высокая устойчивость к тепловым ударам.

Благодаря своей небольшой диэлектрической проницаемости муллит также является хорошей подложкой для электронных схем. С другой стороны, его обычная компактная структура препятствует развитию определенных характеристик и ограничивает его потенциальные области применения.

Добавление высокой пористости к муллитовой керамике может придать ей неожиданные свойства, включая небольшую объемную плотность, высокую удельную площадь, пониженную теплопроводность и пониженную диэлектрическую проницаемость. Аэрогели из нановолокон муллита лучше подходят для изготовления легких изоляционных материалов.

Благодаря открытой пористой структуре муллита пенокерамика широко использовалась в качестве высокотемпературных газовых и жидкостных экранов, разделительных пленок и подложек для катализаторов.

Пористая муллитовая керамика была изготовлена ​​с использованием различных методов, таких как реактивное спекание, литье замораживанием, пены или эмульсии, добавление реплик метода порообразователя, литье из геля и 3D-печать.

К сожалению, практически любые продукты, изготовленные с использованием этих процессов, имеют пористость более 80%. Крайне важно разработать успешный процесс производства пенопласта из муллитовой керамики с высокой пористостью без ущерба для прочности на сжатие, но он остается трудным.

Использование наночастиц для улучшения керамических пен

В последнее время пены, стабилизированные наночастицами, производятся с использованием золь-НЧ. В отличие от традиционно используемых микромасштабных керамических частиц, золь-НЧ гораздо более полезны для стабильности пены, создания пористой керамики с тонкими слоями стенок и небольшими размерами зерен, что обеспечивает большую прочность на сжатие на основе высокой пористости.

Кроме того, удельная площадь керамической пены также увеличивается, что может быть связано с улучшенной реакционной способностью фриттажа и частичной фриттацией.

В результате частичного фриттажа использование НЧ приведет к образованию открытых пор на клеточной мембране. Взаимосвязь открытых пор увеличит доступную площадь поверхности и пористость, что сделает его пригодным для использования в качестве фильтров, каталитических подложек и биологических каркасов. Эти характеристики можно регулировать путем регулирования концентраций модификаторов поверхности, которые могут изменять энергию электростатического взаимодействия между пузырьками воздуха и коллоидными частицами и, как следствие, изменять характеристики пен.

К настоящему времени однофазный золь уже эффективно использовался для создания пен, стабилизированных наночастицами, включая оксид алюминия и диоксид кремния. Однако свойства производимых пористых муллитовых керамических пен не удовлетворяют ожиданиям в отношении высокопористой структуры, однородности и уменьшенного диаметра пор.

Двухфазные золь-НЧ в качестве строительных блоков для пен, стабилизированных наночастицами, могут быть многообещающими для решения этой проблемы, что приводит к оптимальной микроструктуре пористости в сочетании с механическими качествами после реакционной фритты.

Тем не менее, из-за несоответствия между состояниями поверхности частиц получение стабильной пены через двухфазный золь сложнее, чем однофазный золь.

Подробности исследования

В исследовании предлагается простой, понятный и недорогой метод производства муллитовых керамических пен с использованием пен, поддерживаемых двухфазными наночастицами золя.

НЧ золя были модифицированы, чтобы сделать их поверхность гидрофобной. Изменяя температуру фриттажа и нагрузку твердого тела, исследователи создали пенопласт из муллитовой керамики с иерархическими порами, повышенной пористостью, значительной прочностью на сжатие и пониженной теплопроводностью.

Использование золя НЧ с постоянным поверхностным зарядом и уровнями pH является предпочтительным, чтобы гарантировать гомогенное смешивание двухфазного золя без агрегации. В результате исходными ингредиентами были золь бемита с начальным уровнем pH 6,2 и золь кремнезема, имеющий сопоставимый pH 4,3.

pH был увеличен до диапазона 5,0-6,0, что улучшило стабильность пены и способствовало созданию гелевых сеток, что привело к оптимальным реологическим свойствам.

Заключение

Впервые золь бемита и золь кремнезема были использованы в качестве двухфазного золя для создания пен, стабилизированных наночастицами, и были созданы пенопласты из муллитовой керамики с иерархической пористостью.

Для повышения стабильности пены в процедуре вспенивания был изменен pH, чтобы способствовать гелеобразованию двухфазной пены, стабилизированной золем NP.

Было обнаружено, что муллитовая керамика обладает повышенной прочностью на сжатие при низкой теплопроводности, что делает ее пригодной для использования в качестве фильтров, каталитических подложек и теплоизоляции.

Читать далее: Почему важно понимание реологии наножидкостей?

Ссылка

Ян Дж., З. Х. (2021) Пенопласты из муллитовой керамики с регулируемыми порами из двухфазных пен, стабилизированных наночастицами золя. Журнал Европейского керамического общества . Доступно по адресу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S095522192100902X? Через% 3Dihub

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Недавнее исследование, опубликованное в Журнале сплавов и соединений сосредоточено на увеличении плотности энергии оксидов переходных металлов, таких как оксиды цинка-никеля-кобальта (ZNCO), путем легирования гетероатомами серы.

Исследование: Функциональные легированные серой наностержни из оксида цинка, никеля и кобальта с высокой плотностью энергии для асимметричных суперконденсаторов. Изображение предоставлено: Петр Соболев / Shutterstock.com

Оксиды переходных металлов появились в качестве потенциальных электродов для суперконденсаторов в последнее десятилетие из-за их низкой токсичности. Однако из-за медленного переноса заряда и неадекватных реакционных центров этих оксидов они подходят только для небольшого числа применений.

Введение серы в ZNCO увеличивает количество кислородных вакансий, что приводит к появлению дополнительных активных центров и улучшенной проводимости электрода S-ZNCO.

Электроды из оксидов переходных металлов для суперконденсаторов

В последние годы различные исследования были сосредоточены на экологически чистых технологиях хранения энергии, в частности, на топливных элементах и ​​суперконденсаторах (SC). Материал электродов является критическим элементом суперконденсаторов и в значительной степени влияет на их емкость хранения энергии.

Асимметричные суперконденсаторы предлагают определенные преимущества перед другими системами в отношении концентрации энергии, безопасности, увеличенного срока службы и различных функций хранения, но их низкая плотность энергии сильно ограничивает их использование.

Оксиды переходных металлов приобрели большой интерес в качестве материалов потенциальных электродов в электрохимических суперконденсаторах из-за их низкой стоимости, нетоксичности и естественной доступности.

Предыдущее исследование показало, что наиболее распространенный оксид переходного металла, а именно электрод Co-Ni-Zn-O, демонстрирует лучшую способность к зарядке, чем сопоставимые монометаллические и биметаллические оксиды, из-за более сильных электрохимических реакций.

Однако из-за его слабой внутренней емкости носителей заряда и небольшого количества реакционных центров кинетика его реакции является медленной, что значительно затрудняет ее применимость и исследования.

Новый метод увеличения проводимости ZNCO с помощью серного допирования

В последнее время несколько исследований показали, что кислородные вакансии могут быть созданы путем легирования неспаренными электронами, такого как легирование фосфором или серой, что может улучшить химическую реактивность, ускорить прохождение заряженных частиц и улучшить скорость электролитической реакции материала электрода.

Согласно результатам теории функционала плотности (DFT), кислородные вакансии понижают энергию связи, что улучшает передачу электронов и электронную проводимость.

Как правило, электропроводность металлоорганических сульфидных электрокатализаторов выше, чем у электродов суперконденсатора на основе оксидов переходных металлов. Однако полное или сильное отверждение электродных материалов может привести к снижению эффективности работы и циклического режима.

Кроме того, сродство к электрону у серы значительно ниже, чем у кислорода, а это означает, что она с большей вероятностью образует большое количество кислородных вакансий, чем сера. Следовательно, возможно дальнейшее улучшение проводимости ZNCO путем введения дополнительных кислородных вакансий в соединение ZNCO посредством легирования серой.

Синтез электродов ZNCO, легированных серой

Источником серы, использованным в этом исследовании, был сульфид натрия, и оксиды цинка-кобальта-никеля, легированные серой, были разработаны и изготовлены на наноструктурах пены никеля с использованием простого гидротермального подхода с последующим обменом ионов.

На первом этапе наночастицы ZNCO были получены с использованием методов отжига. Затем был создан материал электрода цинк-никель-кобальт, легированный серой, путем сульфуризации наночастиц ZNCO. Атомы серы были обработаны кислородными вакансиями для улучшения электропроводности электродов.

Структурные характеристики

Двухэлектродная установка использовалась для исследования электролитических характеристик и проводимости ZNCO, легированного серой.

Различные методы определения характеристик, такие как сканирующая электронная микроскопия (SEM) и рентгеновская дифрактометрия (XRD), использовались для исследования энергоемкости и эффективности преобразования изготовленной системы суперконденсаторов.

Электронный парамагнитный резонанс был использован для исследования кристаллической фазы и межфазного окисления материалов ZNCO, легированных серой. Размер наночастиц и заряд поверхности были определены с помощью тестов адсорбции и десорбции атомов азота.

Значение легирования серой на электроде ZNCO

В этом исследовании был синтезирован уникальный наноматериал ZNCO, легированный серой, с помощью простого гидротермального и окислительно-восстановительного подхода. Из-за слабой проводимости оксида цинка-никеля-кобальта кислородные вакансии были созданы легированием серы, и из-за синергетического воздействия наноструктур материал S-ZNCO / NF показал хорошие электрокаталитические характеристики, большее количество реакционных центров и более быструю кинетику реакции. .

Удельная емкость оксида цинка-никеля-кобальта, легированного серой, достигла высокого значения 2919,6 Фг ^-1 . Кроме того, после 5000 циклов заряда / разряда диэлектрическая стабильность составила 92,65%. Удельная энергия асимметричных суперконденсаторов, состоящих из легированных серой ZNCO / NF (катод) и AC (анод), составляла 72,97 Вт-ч-кг ^-1 .

В заключение, это исследование продвигает исследования легирования гетероатомами оксидов переходных металлов, а также предлагает новое направление для создания асимметричных суперконденсаторов.

Читать далее: Обзор графена в устройствах хранения энергии.

Ссылка

Guo, Y. et al. (2021) Функциональные легированные серой наностержни из оксида цинка, никеля и кобальта с высокой плотностью энергии для асимметричных суперконденсаторов. Журнал сплавов и соединений s . Доступно по адресу: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838821044637[19459007impression

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Исследователи из Missouri S&T демонстрируют новую двумерную гетероструктуру материала – базовый строительный блок для современных полупроводниковых устройств – который имеет большой потенциал для будущего применения в компактных датчиках и детекторах, оптической связи, оптических интегральных схемах и квантовых схемах. компьютеры.

Исследователи обнаружили, что чешуйки ленгенбахита, минерала, обнаруженного 100 лет назад в Швейцарии, обладают сильными анизотропными свойствами, что означает, что оптические характеристики чешуек меняются вдоль осевых линий в зависимости от ориентации. Исследователи говорят, что это может иметь значение для направленных светоизлучающих устройств, зашифрованной передачи данных и обработки сигналов, а также для чувствительных к поляризации фотодетекторов.

Исследователи описывают свое открытие в высококачественном журнале Nature Portfolio npj 2D Materials and Applications . Они получают ультратонкие чешуйки ленгенбахита – толщиной около 30 нанометров – путем механического отслаивания минерала с помощью ленты Nitto PVC. Ленгенбахит состоит из стопок чередующихся слабосвязанных слоев сульфида свинца толщиной четыре атома и трисульфида мышьяка толщиной пять атомов

.

Интересно, что исследователи наблюдали неплоские одномерные волнистые структуры вдоль поверхности чешуек ленгенбахита. Волны вызваны периодической механической деформацией, возникающей между чередующимися атомными слоями. С помощью нескольких методов оптической спектроскопии исследователи обнаружили сильные анизотропные оптические свойства чешуек.

«Мы очень рады ввести этот новый тип естественной анизотропной 2D-гетероструктуры материала в существующую библиотеку 2D-материалов», – говорит д-р Сяодун Ян, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники в Missouri S&T. один из авторов исследования. «Дальнейшее изучение анизотропных механических, электрических и магнитных свойств тонких чешуек ленгенбахита может помочь полностью установить этот новый материал для интегрированных датчиков на кристалле и микроэлектромеханических систем».

Источник: https://www.mst.edu/[19459009visible

Настоящее исследование, опубликованное в журнале ACS Nano подробно описывает возможность точного синтеза топологических квантовых точек графеновых нанолент. Процедура синтеза воспроизводима, а свойства могут быть предопределены, что открывает широкие возможности для развития футуристической наноэлектроники.

Исследование: рационально сконструированные топологические квантовые точки в восходящих графеновых нанолентах. Изображение предоставлено: Rost9 / Shutterstock.com

Графеновые наноленты представляют собой полоски однослойного графена небольшой длины. Наноленты графена продемонстрировали привлекательные физические, химические, электронные и механические свойства по сравнению с другими наноматериалами семейства графена.

Высокая подвижность носителей и значительная ширина запрещенной зоны делают их пригодными для различных электронных приложений.

Реализация графеновых нанолент с помощью восходящего подхода:

Рост графеновых нанолент снизу вверх дал возможность для реализации многих других структур нанолент с широким диапазоном электронных и оптических свойств. Эти разнообразные свойства обусловлены рациональной конструкцией прекурсоров, которая приводит к вариациям ширины, структуры и присадок.

Квантовые точки проявляют свойства, зависящие от размера и формы составляющих графеновых нанолент, которые могут быть созданы с помощью гетероструктур графеновых нанолент. Свойства квантовых точек в основном зависят от случайно связанных сегментов произвольной длины.

С другой стороны, детерминированные квантовые точки из графеновых нанолент могут быть созданы посредством иерархического роста и стерически принудительной селективной сополимеризации.

Недавние открытия различных топологических фаз графеновых нанолент и развитие экспериментальной и теоретической инженерии привели к разработке и производству электронных структур на основе графеновых нанолент.

Зависимость свойств графеновых нанолент:

Вся периодическая структура графеновой наноленты обладает топологической классификацией, которая классифицируется на основе конечной элементарной ячейки и связанных симметрий.

Согласно принципу соответствия объемных границ, граница раздела между двумя графеновыми нанолентами, имеющими разные топологические инварианты, будет содержать топологическую нулевую моду. Это защищенное состояние, которое находится в середине или около середины запрещенной зоны в энергетической зоне и может быть связано с локализованным спином при определенных условиях.

Будет ли управляемая гибридизация топологических нулевых мод?

Соседние нулевые моды, если они будут созданы и управляемо гибридизированы, могут привести к жизнеспособной стратегии, в которой могут быть реализованы малозонные полупроводниковые и металлические графеновые наноленты.

Кроме того, эти изолированные топологические нулевые полосы должны обеспечить основу для реализации топологических квантовых точек, встроенных в структуры протяженных графеновых нанолент, которые находят широкое применение в туннельных полевых транзисторах.

В настоящем исследовании исследователи сообщили о росте и электронных характеристиках квантовых точек графеновых нанолент, содержащих пару топологических состояний нулевой моды. Эти топологические состояния нулевой моды возникли на границе раздела между кресельными графеновыми нанолентами шириной от семи до девяти атомов (7/9-AGNR).

Предшественник, используемый для 9-AGNR, был специально разработан для жизнеспособной сополимеризации с бифункциональным линкером в упорядоченные наноструктуры, в результате чего образуются чистые сегменты 7- и 9-AGNR, соединенные определенными интерфейсами.

В этом исследовании был разработан метод поэтапного синтеза, основанный на нанесении бифункционального линкера с мономером для 7- или 9-AGNR на поверхность золота в условиях сверхвысокого вакуума.

Этот метод создает воспроизводимые гетеропереходы, разделенные фиксированным расстоянием, и обеспечивает создание топологических нулевых мод. Эти моды гибридизуются с определенными сегментами AGNR, амплитуда перескока электронов которых может быть предопределена.

Значение специфического синтетического подхода:

Этот подход к созданию топологических квантовых точек с помощью воспроизводимых методологий обладает такой же электронной структурой в отличие от квантовых точек из графеновых нанолент, созданных с помощью недетерминированных подходов.

Характеристика двух разновидностей топологических квантовых точек графеновой наноленты с помощью сканирующей туннельной микроскопии и спектроскопии показала, что расщепление нулевой моды в топологических квантовых точках зависит от ширины сегментов графеновой наноленты.

Первопринципные расчеты по теории функции плотности (DFT) и сильной связи (TB) предоставили дополнительную информацию о прыжках и расщеплении волновой функции состояний топологических квантовых точек.

Будущие перспективы исследования:

Настоящее исследование, таким образом, обеспечивает основу для создания будущих центров магнитного спина, связь которых может быть предопределена с помощью аналогичных синтетических подходов.

Нульмерные топологические состояния в графеновых нанолентах также предоставляют платформу для изучения топологического поведения и магнетизма в наноструктурах, что в дальнейшем открывает возможности для различных применений наноэлектроники в сенсорах, транзисторах и кубитах.

Ссылка

Дэниэл Дж. Риццо, Цзинвэй Цзян, Дхарати Джоши, Грегори Вебер, Кристофер Броннер, Ребекка А. Дурр, Питер Х. Якобсе, Тинг Цао, Алин Калайджян, Генри Родригес, Пол Батлер, Тинг Чен, Стивен Г. Луи, Феликс Р. Фишер и Майкл Ф. Кромми. (2021) Рационально сконструированные топологические квантовые точки в восходящих графеновых нанолентах. САУ Нано. Доступно по адресу: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c09503

Дополнительная литература

Ван, Х., Ван, Х.С., Ма, К., Чен, Л., Цзян, К., Чен, К., Се, X., Ли, А.П. и Ван, X. (2021) Графеновые наноленты для квантовой электроники. Nature Reviews Physics стр. 1–12. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1038/s42254-021-00370-x.

Кай, Дж., Руффье, П., Джаафар, Р., Биери, М., Браун, Т., Бланкенбург, С., Муот, М., Зейтсонен, А.П., Салех, М., Фенг, X . и Мюллен, К. (2010) Производство графеновых нанолент снизу вверх с атомарной точностью. Nature 466 (7305), pp.470-473. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1038/nature09211.[19459007impression

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

В исследовании, опубликованном в журнале PNAS сообщается о разработке наноразмерного и метастабильного оксида молибдена в качестве эффективного материала отрицательного электрода для водных электролитов в литий-ионных батареях. Ключевые результаты исследования – высокая плотность заряда, емкость и стабильность.

Исследование: Наноразмерные и метастабильные оксиды молибдена в качестве материалов отрицательных электродов для долговечных высокоэнергетических водных литий-ионных аккумуляторов. Изображение предоставлено: Smile Fight / Shutterstock.com

Перезаряжаемые батареи пользуются огромным спросом в связи с популярностью использования портативных устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки, в электромобилях.

Обычно батарея состоит из двух электродов, анода (восстановитель) и катода (окислителя), которые разделены электролитом, переносящим ионный компонент химической реакции внутри элемента. Выходной сигнал батареи – это ток при определенном напряжении в течение времени, зависящего от накопленного заряда.

Характеристика Li _x Nb _2/7 Mo ] _3/7 O ₂ . ( A ) Кривые заряда / разряда (в неводной ячейке) предварительно приготовленного Li _9/7 ] Nb _2/7 Мо _3/7 O ₂ . ( B ) Спектры SOXPES основных уровней C 1s и O 1s образца до и после погружения в воду. ( C ) Кривые заряда / разряда Li _x Nb _2/7 Мо _3/7 O ₂ после замачивания в воде. ( D ) Картины дифракции рентгеновских лучей (XRD) образца до и после замачивания в воде и элементные карты энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) образца после замачивания в воде. Схематическое изображение кристаллической структуры Li _x Nb _2/7 Пн _3/7 O ₂ нарисовано с помощью программы VESTA ( 33 ) также показано. (E ) Циклические вольтамперограммы Li _x Nb _{2 / 7} Мо _3/7 O ₂ в 21 м LiTFSA со скоростью сканирования 0,2 мВ ⋅ с ^-1 . Синяя вертикальная линия показывает самый низкий предел потенциала, доступный для водного электролита LiTFSA 21 м. ( F ) Циклические вольтамперограммы Li _1,05 Mn _1,95 O ₄ и Ли _x Nb _2/7 Мо _3/7 O ₂ в 21 м LiTFSA (сплошные линии) и 1 M LiPF ₆ / EC: DMC (пунктирные линии) соответственно. Изображение предоставлено: Суо, Л. и др.

Литий-ионные батареи

В настоящее время литий-ионные батареи (LIB) считаются лучшими среди аккумуляторных батарей из-за их более высокой плотности энергии и эффективности.

LIB, используемые для электромобилей, имеют аккумуляторную мощность 50 кВтч, которая может обеспечить энергией поездку на 300 км. Более того, системам хранения энергии в масштабе энергосистемы требуется питание от батарей в диапазоне от мегаватт-часов до гигаватт-часов.

Однако из-за использования легковоспламеняющихся органических электролитов крупномасштабное производство LIB поднимает вопросы безопасности. Потенциальный метод решения этих проблем включает использование водных электролитов, которые имеют другие преимущества, такие как более высокая ионная проводимость и экологическая безопасность.

Использование водных электролитов приводит к небольшому количеству недостатков в LIB по сравнению с органическими электролитами, одним из которых является более низкая плотность энергии из-за низкого рабочего напряжения LIB с водными электролитами.

Это состояние возникает из-за медленной кинетики электролиза воды, что приводит к узкому диапазону электрохимической стабильности водных электролитов. Диапазон рабочего напряжения водных электролитов обычно составляет <1,8 В.

Есть много вариантов катодного материала, которые могут работать в окне стабильности водных электролитов; однако выбор отрицательного электролита ограничен. Кроме того, обычные анодные материалы демонстрируют реакции выделения водорода.

Электрохимические свойства Li _1,05 Mn _1,95 O ₄ / Li _x Nb _2/7 Мо _3/7 O ₂ Полные клетки. ( A ) Сравнение кривых заряда / разряда Li _1,05 Mn _1,95 O ₄ / Ли _x Nb _2/7 Мо _3/7 O ₂ полные ячейки, состоящие из различных весовых соотношений положительных электродов и отрицательных электродов со скоростью 10 мА ⋅ г ^-1 и ( B ) сохранение их емкости и кулоновская эффективность для 35 циклов на 21 м LiTFSA / H ₂ O. ( C ) Долговременная стабильность работы полного элемента в течение 2000 циклов при 100 мА ⋅ g ^-1 и ( D ) скоростная способность полной ячейки в 21 м LiTFSA / H ₂ О. Изображение предоставлено: Суо, Л. и др.

Вода в солевых электролитах для водных LIB

В 2015 году Суо и др. представили электролиты «вода в соли», которые демонстрируют более широкий интервал стабильности ~ 3 В. Один из примеров этого – насыщенные водные электролиты 21 М бис (трифторметансульфонил) амида лития (LiTFSA). Снижение концентрации воды привело к подавлению реакции выделения кислорода, что привело к более высокому потенциалу разложения при окислении.

Полная ячейка из LiMn ₂ O ₄ / Mo ₆ S ₈ в 21 M водном электролите LiFTSA сообщила о плотности энергии 84 Втч / кг ^-1 при скорости 0,2 ° C. Последнее исследование сообщает о плотности энергии 130 Вт · кг ^-1 для водных LIB, состоящих из Li ₄ Ti ₅ O ₁₂ как материал отрицательного электрода.

Однако из-за неизбежной и одновременной реакции разложения молекул воды в электрохимических циклах высокая плотность энергии была достигнута только при более высоких скоростях. Более того, высокая скорость заряда и разряда ограничивала использование емкости отрицательного электрода до ~ 100 мА · ч. Г ^-1 .

Наноразмерный и метастабильный оксид молибдена в качестве материала отрицательного электрода

Настоящее исследование Юна и др. Сообщает о новом материале отрицательного электрода, который демонстрирует высокую емкость и высокую долговечность в водных LIB. Электрод из литиевого избыточного оксида молибдена, содержащий ионы ниобия, Li _9/7 Nb _2/7 Mo _3/7 O ₂ был синтезирован путем механического измельчения LiMoO ₂ и Li ₃ NbO ₄ . Ранее было доказано, что механическое измельчение позволяет синтезировать эффективные метастабильные материалы.

Из-за окисления материала при контакте с влагой сообщалось о дефектах в объеме материала и о присутствии LiOH на поверхности оксидных частиц. Химический анализ поверхности материала до и после замачивания в воде был изучен и дополнительно проанализирован.

Материал показал присутствие Li ₂ CO ₃ перед замачиванием в воде, что указывает на адсорбцию газа CO ₂ LiOH. Анализ материала после замачивания в воде показал удаление LiCO ₃ и дальнейшее окисление оксидов молибдена

.

Это окисление оксида молибдена было зарегистрировано полезным при использовании в качестве материала отрицательного электрода. LiCO ₃ растворяется в воде, и сообщается о более чистой поверхности от оксидных частиц.

Однако не сообщалось о каких-либо значительных изменениях кристаллической структуры даже после вымачивания в воде. Материал сохранил катионно-неупорядоченную структуру каменной соли после замачивания в воде с небольшим изменением параметров решетки.

Энергодисперсионная рентгеновская элементная карта прояснила равномерное распределение ионов Nd и Mo в материале, что указывало на то, что ионы Li извлекались из оксидов топотактическим способом.

Li _x Nd _2/7 Mo _3/7 O ₂ (избыточное метастабильное состояние Li) был исследован на предмет обнаружения производительность и стабильность электрода по данным циклической вольтамперометрии (ЦВА) в водном растворе 21 M электролита LiTFSA. Результаты показали высокую емкость и стабильность при длительном сроке службы для водных систем.

Характеристика Li _x Nb _2/7 Mo ] _3/7 O ₂ циклически в водном электролите. ( A ) Изменения в спектрах XAS Mo K-края Li _x Nb _2/7 Мо _3/7 O ₂ после цикла в водном электролите (отношение массы положительного электрода к отрицательному электроду было установлено равным 1,0). Данные, собранные в неводном электролите, также показаны для сравнения. ( B ) Спектры SOXPES композитного Li _x Nb _2/7 Мо _3/7 O ₂ электроды до и после цикла 21 м LiTFSA / H ₂ O. Полная ячейка проверялась в диапазоне от 0 до 2,6 В в течение пяти циклов со скоростью 10 мА ⋅ g ^-1 (коэффициент нагрузки 1,5), а затем отрицательный электрод вынули из ячейки для измерения. (C) Спектры HAXPES циклического электрода после ополаскивания водой в течение короткого времени (обозначается как «после цикла») и после замачивания в воде в течение 24 часов. Другие наборы данных можно найти в приложении SI рис. S12 . Изображение предоставлено: Суо, Л. и др.

Защитный пассивирующий слой над Li _x Nd _2/7 Mo _3/7 O ₂ наблюдался после цикла в 21 M LiTFSA, который показал эффективное подавление реакции выделения водорода. Этот поверхностный слой образовался в результате разложения использованного электролита, что еще больше увеличило доступную емкость Li _x Nd _2/7 Mo _3/7 O ₂ .

Оптимизированные водные LIB показали высокую плотность энергии 107 Вт · кг ^-1 даже при низкой скорости. Кроме того, сообщалось о высокой долговечности – ~ 73% сохранения емкости в течение более 2000 циклов при 100 мА · г ^-1 с полной ячейкой.

Предмет исследования в будущем

Это исследование показало Li _x Nd _2/7 Mo _3/7 O ₂ как эффективный материал отрицательного электрода для водной литий-ионные аккумуляторы, обладающие высокой плотностью заряда и емкостью. Результаты вносят вклад в разработку безопасных и прочных водных LIB и указывают на возможности разработки материалов для улучшения характеристик водных литий-ионных батарей.

Ссылка

Юн, Дж., Сагехаши, Р., Сато, Ю., Масуда, Т., Хосино, С., Раджендра, Х. Б., Окуно, К., Хосоэ, А., Бандаренка, А.С. и Ябуучи, Н. (2021) Наноразмерные и метастабильные оксиды молибдена в качестве материалов отрицательных электродов для долговечных высокоэнергетических водных литий-ионных аккумуляторов. Proceedings of the National Academy of Sciences 118 (48). Доступно по адресу: https://nanoscalereslett.springeropen.com/articles/10.1186/s11671-021-03613-z

Дополнительная литература

Суо, Л., Бородин, О., Гао, Т., Ольгин, М., Хо, Дж., Фань, X., Луо, К., Ван, К., Сюй, К. (2015) Электролит «вода в соли» позволяет получать высоковольтные водные литий-ионные химические соединения. Science 350 (6263), pp.938-943. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1126/science.aab1595.

Гуденаф, Дж. Б. и Парк, К. С. (2013) Литий-ионная аккумуляторная батарея: перспектива. Журнал Американского химического общества 135 (4), стр.1167-1176. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1021/ja3091438.[19459007provided

)
Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Для изучения материалов на наноуровне ученым постоянно приходится создавать сложную структуру, в которой будут помещаться материалы – трудоемкий и сложный процесс. Однако представьте, если бы существовал метод, при котором конструкция могла бы просто построить сама себя?

Это именно то, что ученые из Технологического университета Чалмерса, Швеция, теперь описывают в статье, опубликованной в журнале Nature . Их исследование открывает путь к новым открытиям.

Изучение наноматериалов может облегчить изучение совершенно новых свойств и взаимодействий. Чтобы реализовать это, в основном требуются различные типы «резонаторов» – в данном контексте это означает объект, внутри которого отражается свет, подобно тому, как звук отражается внутри корпуса гитары.

В настоящее время ученые, работающие на физическом факультете Технологического университета Чалмерса, узнали, как можно спроектировать и отрегулировать ранее известную версию резонатора, состоящую из двух параллельных зеркал, гораздо проще, чем считалось ранее. .

Создание высококачественного стабильного резонатора, как мы сделали, обычно сложно и требует много часов в лаборатории. Но здесь мы увидели, что это происходит само по себе, реагируя на естественные силы и не требуя подвода внешней энергии. Вы можете практически сделать наш резонатор у себя на кухне – он создается при комнатной температуре, с использованием обычной воды и небольшого количества соли.

Тимур Шегай, руководитель исследований и доцент кафедры физики Чалмерского университета

Сам Шегай был поражен характером открытия, сделанного в лаборатории.

Самособирающаяся и растущая система

Шегай и его коллеги заметили, что когда две крошечные золотые чешуйки – диаметром 5000 нм и толщиной всего 30 нм – сталкиваются друг с другом в соленом водном растворе, возникает взаимодействие, которое заставляет их образовывать пару.

Обе золотые чешуйки заряжены положительно, поскольку водный раствор покрывает их двойными слоями ионов. Это приводит к отталкивающей электростатической силе, но из-за мгновенного воздействия чего-то известного как «эффект Казимира» также формируется сила притяжения, и устанавливается устойчивый баланс, вызывающий расстояние между хлопьями около 150 нм.

Две нанофластинки располагаются друг напротив друга, между ними образовалась полость, и они остаются стабильными в этой ориентации в течение нескольких недель наблюдений. Затем полость работает как оптический резонатор, устройство, которое предлагает ряд возможностей для исследования различных физических явлений.

После того, как золотые чешуйки образовали пару, они остаются на своих местах, и ученые также стали свидетелями того, что, если их не разделять активно, все больше и больше кусочков золота ищут друг друга и образуют более крупную группировку. Это означает, что структура, только за счет естественных сил, может расти и создавать более стимулирующие возможности для ученых.

Структуру можно дополнительно использовать, добавляя больше соли в водный раствор, изменяя температуру или освещая его лазерами, что может привести к некоторым интригующим наблюдениям.

В этом случае интересно то, что внутри резонатора появляются цвета. То, что мы видим, по сути представляет собой самосборный цвет. Он сочетает в себе много интересной и фундаментальной физики, но в то же время его очень легко сделать. Иногда физика может быть такой удивительной и такой красивой.

Тимур Шегай, руководитель исследований и доцент кафедры физики Чалмерского университета

Изучение точки пересечения света и материи

Затем конструкцию можно использовать в качестве камеры для исследования материалов и их поведения. Помещая двумерный материал толщиной всего в несколько атомных слоев в полости или модифицируя полость, можно также формировать «поляритоны» – гибридные частицы, которые позволяют анализировать точку встречи между светом и материя.

Наша структура теперь может быть добавлена ​​к общему набору инструментов методов самосборки. Благодаря своей универсальности, его можно было использовать для изучения как фундаментальной, так и прикладной физики.

Баттулга Мунхбат, научный сотрудник и первый автор исследования, физический факультет Чалмерского университета

По словам авторов исследования, нет никаких препятствий для масштабирования структуры для использования более крупных золотых чешуек, которые можно увидеть невооруженным глазом, что может открыть путь к еще большим перспективам.

В будущем я мог бы увидеть, что эта платформа будет использоваться для изучения поляритонов более простым способом, чем это возможно сегодня. Другая область может заключаться в использовании цветов, созданных между золотыми хлопьями, например в пикселях, для создания различных типов значений RGB, где каждый цвет может быть проверен на наличие различных комбинаций. Также могут быть приложения в биосенсорах, оптомеханике или наноробототехнике.

Тимур Шегай, руководитель исследований и доцент кафедры физики Чалмерского университета

Ссылка на журнал:

Munkhbat, B., и др. . (2021) Перестраиваемые самосборные микрорезонаторы Казимира и поляритоны. Природа . doi.org/10.1038/s41586-021-03826-3.

Источник: https://www.chalmers.se/en/Pages/default.aspx[19459009visible

Многослойные углеродные нанотрубки (MWCNT) могут использоваться для хранения водорода, поскольку они экономичны, экологически приемлемы и демонстрируют отличные характеристики в процессах адсорбции и десорбции. В статье, опубликованной недавно в журнале Heliyon, описывается новый метод очистки многослойных углеродных нанотрубок для хранения H ₂ .

Исследование: Хранение водорода в очищенных многослойных углеродных нанотрубках: влияние циклов гидрогенизации газа на кинетику адсорбции и их характеристики. Изображение предоставлено: petrmalinak / Shutterstock.com

Водород; экологически чистый источник энергии

Безопасная и возобновляемая энергия стала средоточием экономического процветания в развитых странах. Основная цель – удовлетворить потребность в увеличении энергоснабжения, которая является следствием как роста населения, так и экологических проблем во всем мире. Как экологически безопасный источник энергии водород может стать экономически эффективным вариантом для удовлетворения растущих потребностей в энергии. Однако три различных формы водорода, включая сжатый газ, криогенную жидкость и твердую форму, создают значительные трудности при хранении и транспортировке.

Металлические гидриды, химические устройства для хранения водорода и УНТ были отмечены как многообещающие технологии для хранения водорода в последние годы. Из-за финансовых проблем и вопросов безопасности несколько исследований были сосредоточены на хранении H ₂ в твердотельной форме, в которой водород смешивается с металлами и сплавами посредством адсорбции и десорбции, в отличие от хранения в жидком состоянии.

Использование углеродных нанотрубок (УНТ) для H ₂ Хранение

Развитие высоких возможностей хранения водорода в углеродных наноматериалах, таких как оксид графена и УНТ, увеличило внимание к хранению H ₂ в твердых материалах. Углеродные нанотрубки (УНТ) являются отличными накопителями H ₂ из-за их большой площади поверхности и небольшой массовой концентрации. Адсорбция и десорбция – два очень эффективных метода хранения водорода в углеродсодержащих твердых веществах.

Однако недавние исследования показали, что накопительная способность нанотрубок H ₂ меньше критерия, установленного Министерством энергетики США (DoE). Это связано с тем, что методы и обстоятельства выращивания углеродных нанотрубок существенно влияют на процессы адсорбции и десорбции, что приводит к снижению емкости хранения.

Загрязняющие вещества, такие как металлические катализаторы и углеродистые элементы, присутствуют в конечном продукте из-за процессов синтеза, используемых для изготовления УНТ.

Очистка многостенных углеродных нанотрубок

В этой статье представлены результаты нескольких процедур, используемых для анализа многослойных УНТ, синтезированных и очищенных с помощью химического осаждения из газовой фазы с помощью аэрозоля. Были исследованы архитектура, морфология поверхности, степень графитизации и качество нанотрубок. С помощью технологии кварцевых микровесов (QCM) были определены накопительная емкость H ₂ и адсорбционная способность УНТ.

<img alt=" Схема экспериментальной установки для изучения адсорбции H2 "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38288_16384417417086592.jpg "style =" width: 2000px; height: 1470px; "width =" 2000 "height =" 1470 "/>

Схема экспериментальной установки для исследований адсорбции H ₂ . Изображение предоставлено: Москера-Варгас, Э. и др.

Метод химического осаждения из паровой фазы с помощью аэрозоля был использован для создания многослойных УНТ в водном растворе. После естественного охлаждения системы до температуры окружающей среды потемневшие частицы собирали для определения характеристик. Чтобы изучить влияние очистки MWCNT на оставшиеся вторичные фазы и возможности хранения H ₂ материалы были очищены с использованием плавиковой кислоты (HF) и соляной кислоты (HCl).

Результаты исследований

Подход CVD с использованием аэрозолей (AACVD) был использован для создания многостенных. Очищенные многостенные углеродные нанотрубки были использованы в этом исследовании для значительного расширения возможностей хранения водорода. Согласно рентгеноструктурному анализу, металлические катализаторы и углеродные нановолокна в очищенных УНТ были разделены и разложены термической обработкой, сопровождаемой кислотной процедурой.

Образец углеродной нанотрубки с чистотой 15% имел самую высокую удельную поверхность, которая была почти в десять раз больше, чем у других материалов. Согласно тестам комбинационного рассеяния света и исследованиям с помощью просвечивающего электронного микроскопа, очищенные МУНТ содержат минимальные дефекты и кристаллическую структуру графеновых листов.

Результаты также показали, что чистые MWCNT обладают выдающимися свойствами адсорбции водорода, поскольку они могут адсорбировать больше молекул H ₂ чем неочищенные углеродные нанотрубки с идеальной гексагональной решеткой. Обстоятельства синтеза также влияют на форму и емкость УНТ, а также на используемый метод очистки.

Используя подход к очистке многослойных УНТ, было показано, что емкость накопления водорода является относительно хорошей при более высоких давлениях. Однако способность хранения очищенных углеродных нанотрубок H ₂ при низком (стандартном) давлении не соответствовала стандартам, установленным Министерством энергетики США для статических и мобильных систем. При давлении абсорбции водорода 12,79 кПа оптимальный результат для способности накапливать H ₂ был определен как 3,48 мас.%. Однако этот новый метод очистки может открыть путь для дальнейших исследований в области использования УНТ для хранения водорода.

Ссылка

Mosquera-Vargas, E., et al. (2021) Хранение водорода в очищенных многослойных углеродных нанотрубках: влияние циклов газовой гидрогенизации на кинетику адсорбции и их характеристики. Гелион, e08494. Доступно по адресу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405844021025974[19459007provided

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Наши ноутбуки и смартфоны компактны, но мощны благодаря кремниевой микроэлектронике, также известной как микрочипы или чипы, крошечным мозгам цифровых мускулов почти каждого современного устройства.

Но за такое современное удобство приходится платить. К 2030 году около 25% мировой энергии, большая часть которой производится за счет сжигания богатого углеродом ископаемого топлива, может потребляться электронными устройствами, если ничего не будет сделано для повышения их энергоэффективности.

Кремниевые чипы происходят от конструкции, известной как CMOS, сокращение от комплементарного металл-оксид-полупроводник. Согласно закону Мура, впервые предсказанному в 1975 году, кремниевые КМОП-чипы приближаются к пределам миниатюризации и производительности. На протяжении десятилетий ученые искали новые электронные материалы, выходящие за рамки закона Мура, а также ограничения кремниевых КМОП-чипов.

Теперь ученые Морис Гарсия-Скиверес и Рамамурти Рамеш из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли при Министерстве энергетики США разрабатывают новые микрочипы, которые могли бы работать лучше – и потреблять меньше энергии – чем кремний. В течение следующих трех лет они возглавят два из 10 проектов, недавно выделенных Министерством энергетики на сумму около 54 миллионов долларов для повышения энергоэффективности при проектировании и производстве микроэлектроники

В этих вопросах и ответах они обсуждают свои проекты.

Q: Чего вы надеетесь достичь в следующие 3 года? Каково значение вашей работы?

Гарсия-Сциверес: Наш проект – «Совместное проектирование и интеграция нанодатчиков на КМОП» – направлен на повышение производительности за счет интеграции крошечных световых сенсоров, изготовленных из наноматериалов, в обычные КМОП (дополнительные металлические детали). -оксид-полупроводник) интегральная схема. (Наноматериал – это материя сверхмалого размера, составляющая миллиардную долю метра.)

КМОП-микросхемы сделаны из кремния, но если вы посмотрите, сколько энергии потребляет кремний, она начинает иметь большое значение – и через десятилетие кремниевые микросхемы будут потреблять значительную часть нашей энергии. Например, вычисления, необходимые для управления беспилотным автомобилем, потребляют значительно больше энергии по сравнению с энергией, необходимой для управления автомобилем. Нам нужно производить вычисления с меньшим энергопотреблением или повышать производительность без увеличения мощности, но вы не можете сделать это с кремниевыми микросхемами, потому что кремний должен работать при определенном напряжении – и эти физические ограничения дорого обходятся нам.

В нашем проекте наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки – устройства настолько малы, что они невидимы невооруженным глазом – будут служить датчиками света. Нанодатчики добавляют новые функциональные возможности КМОП-чипу, повышая производительность.

Зондирование – хорошее начальное приложение, но при интеграции в чип углеродные нанотрубки также могут служить транзисторами или переключателями, обрабатывающими данные. Интеграция множества углеродных нанотрубок в кремниевый чип может привести к появлению новых видов электронных устройств, которые будут меньше и быстрее, а также более энергоэффективны, чем существующие технологии.

Рамеш: В нашем проекте «Совместное проектирование сверхнизкого напряжения помимо КМОП-микроэлектроники» мы планируем исследовать новые физические явления, которые приведут к значительному повышению энергоэффективности вычислений. Это важно, потому что мы считаем, что следующий закон Мура, вероятно, будет сосредоточен на шкале энергии, а не на масштабе длины, поскольку мы уже находимся в пределах масштабирования длины.

Примерно в 2015 году потребление энергии микроэлектроникой составляло лишь около 4-5% от общей первичной энергии в мире. Первичная энергия обычно означает химическую энергию, вырабатываемую электростанцией, работающей на угле или природном газе. Как правило, он имеет КПД преобразования в электричество 35-40%.

Наша растущая зависимость от искусственного интеллекта, машинного обучения и IoT – или Интернета вещей, где все связано с помощью электроники, например, наши транспортные системы, системы реагирования на чрезвычайные ситуации, возобновляемые источники энергии и электрические сети, – приведет к экспоненциальному росту рост электроники с точки зрения систем.

Это означает, что к 2030 году потребление энергии микроэлектроникой, по прогнозам, составит не менее 25% от первичной энергии. Следовательно, сделать электронику более энергоэффективной – это большое дело.

Для нашего проекта мы спрашиваем: «Какие фундаментальные инновации в материалах могут значительно снизить энергопотребление микроэлектроники?» Мы смотрим на совершенно другую структуру, которая исследует новую физику с использованием подхода совместного проектирования, в котором мир Ведущие специалисты в области физики материалов, проектирования устройств и схем, изготовления и тестирования, а также архитектуры на уровне микросхем работают вместе, чтобы провести целостное исследование путей к вычислениям следующего поколения.

Q: Какие новые приложения будут доступны в вашей работе и как вы продемонстрируете эти новые возможности –

Гарсия-Скиверес: Наша работа продемонстрирует однофотонный формирователь изображения, который может измерять спектр – длину волны или энергию – каждого отдельного фотона или световой частицы, который он обнаруживает. Это позволяет получать гиперспектральные изображения, то есть изображения, в которых каждый пиксель может быть разложен на множество цветов, что дает гораздо больше информации. Гиперспектральная визуализация приносит пользу широкому кругу наук, от космологии до получения биологических изображений.

Спектроскопический эксперимент темной энергии (DESI), международное научное сотрудничество, управляемое лабораторией Беркли, захватывает спектры далеких галактик, начиная с изображений галактик, которые были ранее получены с помощью других инструментов. Эта дополнительная спектральная информация помогает космологам понять, как темная энергия повлияла на расширение нашей Вселенной. Если бы первоначальные наблюдения галактик проводились с помощью гиперспектрального формирователя изображений, спектральная информация была бы доступна с самого начала. Еще одно растущее применение гиперспектральной визуализации – изучение экзопланет. (Планеты в нашей солнечной системе вращаются вокруг Солнца. Планеты, вращающиеся вокруг других звезд, называются экзопланетами.) Но датчики, используемые для этих типов спектральных наблюдений, работают при температурах ниже 1 градуса выше абсолютного нуля. Наше устройство будет работать при более практичных температурах, возможно, даже до комнатной. Гиперспектральная визуализация имеет множество применений в медицине и биологических науках, и доступно множество коммерческих инструментов. Однако эти инструменты, которые намного сложнее и дороже, чем обычная камера, либо сканируют объект пиксель за пикселем, либо имеют сложную структуру роботизированных волокон или фильтров. Более того, эти инструменты не обладают однофотонной чувствительностью. Наше устройство позволило бы создать простую камеру, обеспечивающую гиперспектральные изображения с однофотонной чувствительностью.

Рамеш: Наша команда призвана продемонстрировать жизнеспособность и мощь нашей совместной разработки платформы «Атомы в архитектуру», которая основана на двух фундаментальных физических явлениях:

Первый – это новое поведение в архитектуре транзисторов на основе сегнетоэлектриков, которое обеспечивает путь для снижения общего количества энергии, потребляемой в устройстве на основе кремния микроэлектроники. (Сегнетоэлектрик – это материал с электрическим диполем или парой положительных и отрицательных электрических зарядов, который может переключаться с помощью электрического поля.) Второй – это низковольтное электрическое поле, управляющее электронным спином с использованием нового класса материалов, называемых мультиферроики.

В 2014 году мы продемонстрировали магнитоэлектрический материал, который может преобразовывать заряд в магнитное вращение при 5 вольт приложенного напряжения. Последующая совместная работа с исследователями Intel показала, как это можно использовать для создания нового класса устройств логики в памяти, названного устройством MESO, которое использует спины для выполнения логических операций.

В одном из наших проектов в рамках нашей программы мы будем использовать наш магнитоэлектрический материал для исследования мультиферроидных элементов, которые будут работать при 100 милливольтах, что приведет к значительному снижению энергопотребления. (Милливольт – одна тысячная вольта.) Наш второй проект исследует фундаментальную физику конденсаторного устройства, в котором сегнетоэлектрический слой накладывается на обычный кремниевый транзистор для повышения его энергоэффективности за счет так называемого эффекта отрицательной емкости. Наша конструкция позволила бы создать устройство микроэлектроники, которое выполняет как функции памяти, так и логические функции – этот подход радикально отличается от микросхем в наших современных компьютерах, где один вид микросхемы выполняет логику или обработку данных, а другой микросхема хранит данные.

Проект « Совместное проектирование и интеграция нанодатчиков на КМОП» является результатом сотрудничества исследователей из лаборатории Беркли, Национальной лаборатории Сандиа и Калифорнийского университета в Беркли. Среди главных исследователей – Вейлун Чао, Стив Холланд, Ми-Янг Им, Тевье Куйкендалл, Франсуа Леонард, Юан Мей, Эндрю Нонака, Катерина Пападопулу, Грег Тихомоиров, Арчана Раджа, Рикардо Руис и Джеки Яо.

«Совместная разработка сверхнизкого напряжения помимо КМОП-микроэлектроники» – результат сотрудничества исследователей из лаборатории Беркли и Калифорнийского университета в Беркли. Среди главных исследователей – Шинеад Гриффин, Лейн Мартин, Лаванья Рамакришнан, Сайиф Салухуддин, Падраик Шафер, Джон Шалф, Дилип Васудеван и Джеки Яо.

Национальная лаборатория Лоуренса Беркли и ее ученые, основанная в 1931 году с убеждением в том, что самые большие научные проблемы решаются с помощью команд, были удостоены 14 Нобелевских премий. Сегодня исследователи из лаборатории Беркли разрабатывают решения в области устойчивой энергетики и защиты окружающей среды, создают новые полезные материалы, расширяют границы компьютерных технологий и исследуют тайны жизни, материи и Вселенной. Ученые со всего мира полагаются на возможности лаборатории в своих научных открытиях. Лаборатория Беркли – это многопрограммная национальная лаборатория, управляемая Калифорнийским университетом при Управлении науки Министерства энергетики США.

Управление науки Министерства энергетики США является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из наиболее актуальных проблем нашего времени.

Источник: https://www.lbl.gov/[19459007visible

Недавно была исследована возможность белкового допирования оксида цинка частицами нанозолота (ZnO nano-Au) для датчиков и оптической безопасности. Опубликованная в журнале ACS Applied Nano Materials исследователи представляют новую технику получения композитов ZnO-нанозолото с использованием химерного белка.

Исследование: Допинг нанозолота ZnO: биоинорганическая парадигма для датчиков и приложений оптической безопасности. Изображение предоставлено: Сергей Нивенс / Shutterstock.com

Этот метод синтеза композитов ZnO-нано-Au предлагает гибкость первичной последовательности химерного белка, которая требуется в сенсорных технологиях и приложениях безопасности.

Области применения и ограничения нанокомпозитов ZnO-Gold

В последние два десятилетия нанокомпозиты оксид цинка-золото приобрели большой интерес как способ создания более эффективных фотоэлектрических и усовершенствованных каталитических устройств. Эти композиты состоят из нано- и микросборок ZnO, а также наноструктур золота (Au), каждая из которых имеет разные электрические и оптические характеристики.

Оксид цинка – это полупроводник n-типа с большой шириной запрещенной зоны, который демонстрирует значительное сродство к связыванию носителей заряда и заметные энергетические полосы в УФ и видимой областях. Изменяя процессы формирования слоев или синтеза и вводя в композиты легирующие добавки, оптические и электрические свойства ZnO могут быть изменены в соответствии с требованиями конкретного продукта, такого как светоизлучающие диоды (LED).

Хотя оксид цинка является потенциальным кандидатом для различных применений, таких как солнечные покрытия, светодиоды и датчики, его электрическое и оптическое использование затруднено из-за большой ширины запрещенной зоны УФ-излучения. Однако, создав ZnO с легирующими добавками, эти ограничения могут быть устранены.

Понятно, что наноразмерные металлические материалы, такие как золото, могут генерировать локализованные поверхностные плазмонные колебания, которые приводят к оптическому поглощению в видимом спектре при воздействии видимого света.

Морфология слоя и размер наночастиц, а также окружающая среда оказывают значительное влияние на место поглощения.

Гибкий допинг, опосредованный белками: новый метод

Предыдущие методы изготовления нанокомпозитов ZnO-Au включали нанесение нанозолота на поверхности ZnO, облучение, химическую обработку при нагревании, фотокаталитическое осаждение металлов и включение природных тиоловых линкеров.

Для создания покрытых золотом нанокомпозитов ZnO в последней методике используются предварительно синтезированные соединения ZnO и Au, которые соединяются с использованием органического тиолового линкера и затем высушиваются. Однако все эти методы либо дороги, либо чрезвычайно сложны.

В этом исследовании белковый линкер был заменен на встречающийся в природе тиоловый линкер, что позволило исследователям использовать уникальную пептидно-опосредованную технику одного горшка для производства наноматериалов ZnO-Au, в которых нанокристаллы Au включены в субстрат ZnO.

Белковый линкер представляет собой уникальную гибридную последовательность, сконструированную так, чтобы обладать особой способностью связывания ZnO и Au путем комбинирования связующего ZnO ​​с хорошо известным связующим Au, известным как A3. Использование белкового линкера вместо органического тиолового линкера обеспечивает большую гибкость и другие желаемые свойства нанокомпозитов, которые полезны в расширенных сенсорных приложениях, таких как биосенсоры и медицинская визуализация.

Как для композитов нано-Au, так и для ZnO, для изготовления материалов использовался процесс в одной емкости, что позволило пептиду более легко опосредовать образования. Реакционный раствор сначала культивировали при 20 градусах Цельсия в течение 24 часов, а затем нагревали до 68 градусов Цельсия в течение следующих 48 часов. После инкубации остаток удаляли из реакционной среды центрифугированием, что приводило к образованию нанокомпозитов ZnO-Au.

Результаты исследований

Было обнаружено, что в комплекс ZnO-Au были имплантированы короткие золотые интрузии с вершинами разного радиуса. Наблюдаемые особенности обусловлены агрегацией и сплавлением наночастиц золота с образованием термодинамически благоприятных характеристик.

Оптическое поглощение образовавшихся частиц демонстрирует классический край ZnO, характерный для зоны проводимости, с небольшим расширением спектральных характеристик ZnO в ZnO-ZA2-Au из-за включения в него частиц нано-Au. Кроме того, спектр композитов нанозолота ZnO показал спектральную характеристику, связанную с присутствием плазмонного резонанса Au в веществе ZnO-ZA2-Au, которое было исследовано с использованием методов Mie и FDTD.

Значение метода допинга, основанного на белках, в сенсорных приложениях

В этом исследовании исследователи представляют новый метод получения нанокомпозитов ZnO-Au с использованием гибких пептидных линкеров. Этот подход может быть использован для разработки композитов ZnO с плотной популяцией внедренных наночастиц золота, которые влияют на электронные и оптические свойства ZnO, что делает его пригодным для передовых приложений измерения.

Читать далее: Могут ли наночастицы создавать устойчивое освещение?

Ссылки

Оливер, Д. Дж. И др. (2021) ZnO Nanogold Doping: биоинорганическая парадигма для зондирования и приложений оптической безопасности. ACS Applied Nano Materials . Доступно по адресу: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsanm.1c03805[19459007provided

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

В исследовании, недавно опубликованном в журнале Infection, Genetics and Evolution изучалось сродство углеродных нанотрубок (УНТ) и углеродных нанофуллерена к многочисленным молекулярным мишеням коронавируса 2 тяжелого острого респираторного синдрома. (SARS-CoV-2).

<img alt=" коронавирус, SARS-CoV-2 "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38272_16382896096787561.jpg "width =" 1000 "/ height =" 563 "

Исследование: Углеродный фуллерен и нанотрубка являются вероятными связующими для нескольких целей SARS-CoV-2: выводы из компьютерного моделирования и исследований молекулярно-динамического моделирования. Изображение предоставлено: CROCOTHERY / Shutterstock.com

Было проведено компьютерное моделирование трехмерной архитектуры нанофуллеренов и УНТ, и моделирование связывания молекул и молекулярной динамики (МД) использовалось для оценки сродства прикрепления наночастиц к выбранным целевым молекулам. В исследовании подчеркивается необходимость использования углеродных наночастиц для лечения COVID-19.

<img alt=" Потенциальные лекарственные мишени SARS-CoV-2, выбранные в настоящем исследовании (а) гликопротеин спайк, (б) РНК-направленная РНК-полимераза, (в), основная протеаза, (г) папаин-подобная протеаза и (e) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида. "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38272_16382813160163659.jpg "width =" 1778 "height =" 465 "/>

Потенциальные лекарственные мишени SARS-CoV-2, выбранные в настоящем исследовании (а) гликопротеин-спайк, (б) РНК-направленная РНК-полимераза, (в), основная протеаза, (г) папаин- подобно протеазе и (е) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида. Изображение предоставлено: Скариячан, С. и др.

COVID-19 захватывает мир штурмом

Шокирующая эпидемия COVID-19, связанная с тяжелым острым респираторным синдромом Коронавирус-2 (SARS-CoV-2), впервые обнаруженная в Ухане, Китай, в декабре 2019 года, с тех пор распространилась по всему миру. Вирулентный патоген SARS-CoV-2 относится к семейству ß-коронавирусов и представляет собой вирус с положительной цепью РНК. Шипованные гликопротеины, которые появляются на конверте, придают этим патогенам вид короны. Другие белки в вирусной структуре включают белки мембраны и оболочки, белок нуклеокапсида и РНК, зависящие от РНК-полимеразы в качестве структурных белков.

Неадекватность существующих методов лечения

Сначала для лечения инфекции COVID-19 рекомендовали противовирусные препараты, включая ремдесивир, лопинавир, хлорохин и гидроксихлорохин. Однако недавние оценки доказали неэффективность хлорохина и гидроксихлорохина в борьбе с SARS-CoV-2. Некоторые препараты находятся на ранних стадиях клинической разработки.

Новые варианты вируса были обнаружены в различных регионах по всему миру, при этом эти мутации демонстрируют повышенную передачу и патогенность, а также сниженную нейтрализацию.

Вакцины для лечения COVID-19 теперь доступны, хотя в некоторых странах они еще не достигли населения. Разнообразие симптомов, обнаруживаемых у пациентов, а также данные о бессимптомной передаче и устойчивости к вакцинации указывают на неизбежную необходимость выработки альтернативного метода лечения.

<img alt=" Связывающий потенциал углеродных нанофуллерена по отношению к приоритетным целям SARS-CoV-2 предсказывается с помощью молекулярного стыковки. Сродство связывания и взаимодействия углеродного нанофуллерена с (а) шиповым гликопротеином (-13,7 ккал / моль), (б) РНК-зависимой РНК-полимеразой (-12,9 ккал / моль), (в) основной протеазой (-11,4 ккал / моль) , (d) папаин-подобная протеаза (-10,6 ккал / моль) и (d) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида (-10,1 ккал / моль). "src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news /ImageForNews_38272_16382813241583773.jpg "style =" width: 2000px; height: 1351px; "width =" 2000 "height =" 1351 "/>

Связывающий потенциал углеродных нанофуллеренов по отношению к приоритетным целям SARS-CoV-2 предсказывается с помощью молекулярного стыковки. Сродство связывания и взаимодействия углеродного нанофуллерена с (а) шиповым гликопротеином (-13,7 ккал / моль), (б) РНК-зависимой РНК-полимеразой (-12,9 ккал / моль), (в) основной протеазой (-11,4 ккал / моль) , (d) папаин-подобная протеаза (-10,6 ккал / моль) и (d) РНК-связывающий домен белка нуклеокапсида (-10,1 ккал / моль) . Изображение предоставлено: Скариячан, С. и др.

Нанотехнологии и вычислительная биология

Современные разработки в области нанотехнологий показали возможность использования наночастиц, таких как УНТ и нанофуллерены, для нацеливания на различные области SARS-CoV-2, блокируя его патогенные эффекты. Углеродные нанотрубки рекламируются как потенциальные терапевтические материалы из-за превосходных механических свойств, структурной прочности и настраиваемости функциональных групп.

Наноматериалы могут быть использованы для создания защитных устройств и дезинфицирующих средств на основе наночастиц COVID-19. Кроме того, наночастицы можно использовать в качестве носителей антигена или в качестве адъювантного лекарства для использования одновременно с будущими вакцинами против COVID-19.

Команда использовала виртуальный скрининг на основе вычислений и моделирование МД, чтобы определить способность углеродных нанотрубок и нанофуллеренов связываться с многочисленными предполагаемыми целевыми областями вируса. Углеродные нанофуллерены обладают потенциальным сродством к мишеням SARS-CoV-2, а углеродные нанотрубки продемонстрировали возможные взаимодействия, которые могут ограничить вредоносный механизм вируса.

Определение структурных свойств распознанных целей

Спайковые гликопротеины являются основной мишенью антител и важны для стимуляции проникновения в клетки через трансмембранный спайк. Трансмембранный спайк состоит из двух функциональных субъединиц, которые отвечают за прикрепление к рецепторам клеток-хозяев и слияние мембран вируса и клеток.

Каждый вирус может идентифицировать отдельные места прикрепления и входа, соединяясь с определенными участками рецепторов в единице клетки-хозяина, в зависимости от типа вирусного штамма. Основная составляющая вирусного аппарата отвечает за репликацию и транскрипцию; РНК-зависимая РНК-полимераза (RdRp) необходима для выживания этих вирусов. Лечение, направленное на эту область, было бы отличной стратегией.

Первичная протеаза – это фермент, который также участвует в репликации и транскрипции вирусов. Основная протеаза необходима для переваривания полипротеинов, транслируемых вирусной РНК. Ингибирование этого фермента может помочь предотвратить репликацию вируса. В результате эти белки были выбраны для исследования, поскольку они могут быть потенциальными терапевтическими мишенями для заражения SARS-CoV-2.

<img alt=" Траектории моделирования РНК связывающего домена белка нуклеокапсида и комплекса нанотрубок (a) RMSD: RMSD белка (Å) по оси y и время по оси x (b) RMSF белка ( Å) на оси y и остатки на оси x (c) Контакты белок-лиганд в ходе моделирования, (d) гистограмма, представляющая долю взаимодействия на оси y и остатки на оси x (e) Лиганд RMSF (Å) по оси y и атомы по оси x и (f) основные взаимодействия, которые происходят во время моделирования МД. "Src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38272_16382813313921852.jpg "style = "ширина: 1723 пикселей; height: 2000px; "width =" 1723 "height =" 2000 "/>

Траектории моделирования РНК связывающего домена белка нуклеокапсида и комплекса нанотрубок (a) RMSD: RMSD белка (Å) по оси y и время по оси x (b) RMSF белка (Å) на оси y и остатки на оси x (c) Контакты белок-лиганд в ходе моделирования, (d) гистограмма, представляющая долю взаимодействия на оси y и остатки на оси x (e ) Лиганд RMSF (Å) на оси y и атомы на оси x и (f) основные взаимодействия, которые происходят во время моделирования МД . Изображение предоставлено: Скариячан, С. и др.

Выводы

Сначала может показаться не впечатляющим, что мишени принимают такую ​​ориентацию только после адсорбции на гидрофобных поверхностях. Однако существует возможность для различных ориентаций в отношении процесса адсорбции на гидрофобных или заряженных областях. Следовательно, понимание моделирования взаимодействия многих ориентаций имеет решающее значение.

Настоящее исследование закладывает основу для будущих лабораторных испытаний и поисковых испытаний. Несмотря на очевидную токсическую природу наночастиц, они могут использоваться в качестве возможных проводников для блокировки целевых областей коронавируса. Исследования показали успешность их использования в целенаправленном лечении, процессах транспортировки лекарств, лечении рака и других применениях.

Тесты МД-моделирования показали, что приоритетные объекты и наночастицы подвергаются динамическим взаимодействиям, которые являются устойчивыми и многообещающими. По сравнению с углеродно-фуллеренами нанотрубки имеют более высокую энергию связи, чем две углеродные наночастицы.

Читать далее: Нанотехнологии и борьба с COVID-19.

Ссылка

Скариячан, С., Гопал, Д., Дешпанде, Д., Джоши, А., Уттаркар, А., и Ниранджан, В. (2021) Углеродный фуллерен и нанотрубка, вероятно, связывают несколько мишеней SARS-CoV -2: Выводы из компьютерного моделирования и молекулярно-динамического моделирования. Инфекция, генетика и эволюция . Доступно по адресу: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S156713482100455X?via%3Dihub[19459007provided

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Захватывающая разработка, сфокусированная на полимерных наночастицах, легированных цинком, может стать решением проблемы гиперчувствительности зубов. T Исследование, опубликованное в журнале Наноматериалы было направлено на оценку эффективности зубных паст или средств для ухода за зубами, содержащих цинк, для достижения прочной окклюзии канальцев и улучшают механические свойства дентина, предотвращая гиперчувствительность зубов.

Предыдущее исследование

В этой области биоматериалов уже появились другие новые, инновационные материалы, такие как биоактивное стекло, для лечения гиперчувствительности зубов (DH). Эти материалы призваны способствовать отложению кальция и фосфата на инертном каркасе для снижения DH; однако, хотя это новаторское решение, композиции биоактивного стекла для составов зубных паст, по-видимому, приводят к кратковременной окклюзии канальцев.

Эти исследования надеются преодолеть такие недостатки за счет использования полимерных наночастиц, подчеркивая необходимость инновационных исследований в области нанотехнологий для решения общей, повсеместной проблемы.

Потребность в инновационных исследованиях

С улучшением здоровья и стоматологических стратегий стало меньше стоматологических проблем, таких как кариес. Однако это привело к повышению уровня некариозных заболеваний зубов. В Европе распространенность некариозных поражений зубов высока среди лиц в возрасте 18–35 лет, где 42% населения страдают гиперчувствительностью зубов.

Клиническое определение стоматологической гиперчувствительности включает несамопроизвольную, локализованную, но интенсивную боль в течение короткого периода времени при наличии стимула, которая затем прекращается при удалении стимула.

Гистопатологическое происхождение DH можно увидеть из гидродинамической теории. Здесь DH характеризуется индуцированным стимулом потоком жидкости внутри дентинных канальцев и последующей активацией ноцицепторов в дентинно-пульпальном пространстве. Это иллюстрирует важность эмали, так как при удалении этого слоя дентин обнажается, и при дальнейшем обнажении дентинных канальцев может возникнуть гиперчувствительность зубов.

Критические исследования реминерализации дентина и окклюзии канальцев для лечения DH имеют большое значение, и это новое исследование с использованием полимерных наночастиц является многообещающим кандидатом для решения этой проблемы.

АСМ-изображения поверхностей дентина после обработки ЭДТА и: ( a ) после очистки дистиллированной водой и ( b ) после обработки лимонной кислотой ; ( c ) чистят зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, и ( d ) после этого обрабатывают лимонной кислотой; ( e ) чистят зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP, и ( f ) после этого обрабатывают лимонной кислотой; ( g ) чистят зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP, и ( h ) после этого обрабатывают лимонной кислотой; и ( i ) чистку зубной пастой Sensodyne ^® и ( j ) после обработки лимонной кислотой. Размер скана 15 мкм × 15 мкм. Изображение предоставлено: Толедано-Осорио, М. и др.

Производство легированных цинком полимерных наночастиц

Полимерные наночастицы были изготовлены методом полимеризационного осаждения, в котором термодинамический подход использовался в рамках модели Флори-Хаггинса, а полимерные цепи были получены за счет водородных связей, дисперсии и полярных сил.

Эти наночастицы состояли из 2-гидроксиэтилметакрилата, метакриловой кислоты и диметакрилата этиленгликоля, используемых в качестве сшивающего агента.

Функционализация наночастиц за счет легирования цинком для создания наночастиц цинка (Zn-NP) была обеспечена путем погружения этих частиц в водный раствор хлорида цинка (ZnCl ₂ ) на три дня при непрерывном встряхивании. при комнатной температуре, чтобы обеспечить оптимальную адсорбцию иона металла.

Нано-DMA-картирование поверхностей дентина, обработанных ЭДТА, после следующих обработок: ( a ) очищенная дистиллированной водой и ( b ) a после обработки лимонной кислотой; ( c ) чистят зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, и ( d ) после обработки лимонной кислотой; ( e ) чистят зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP, и ( f ) после обработки лимонной кислотой; ( g ) чистят зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP, и ( h ) после обработки лимонной кислотой; и ( i ) почистили зубной пастой Sensodyne ^® и ( j ) после обработки лимонной кислотой. Массив пиксельных данных для картирования организован в соответствии со сложным распределением модулей, которое согласуется с четким разграничением между межтрубчатым и перитубулярным дентином. Для показанной цветовой схемы красный цвет соответствует наивысшему значению локально измеренного комплексного модуля (E *), вероятно, соответствующему наивысшему сопротивлению деформации и потенциально связанному с осаждением минералов. В большинстве случаев это соответствует расположению внутри канальцев (звездочки). Шкала в ГПа. Размер скана 15 мкм × 15 мкм. Кредит изображения: Толедано-Осорио, М. и др.

Значение новых исследований

Исследователи получили 15 некариозных третьих моляров человека от доноров из возрастной группы 18-25 лет, где зубы были разрезаны и обработаны, чтобы обнажить дентинные канальцы. Затем диски чистили щеткой экспериментальной пастой, которая состояла из трех различных видов зубной пасты, содержащей 1, 5 и 10 мас.% Наночастиц, легированных цинком; это сравнивалось с контролем Sensodyne Repair and Protect, а также с группой, которую чистили дистиллированной водой.

Было обнаружено, что это потенциально революционное исследование способствовало созданию отложений и образованию закупоривающих канальцев всего за одно применение.

Хотя этот результат можно увидеть с некоторыми нынешними десенсибилизирующими зубными пастами, содержащими соединения, которые могут закупоривать отверстия дентинных канальцев, создавая подобный мазку слой, который может образовывать пробки канальцев, это, похоже, только временное решение.

Подобное мазку покрытие может быть подвержено растворению кислотой или слюной, а также удалению при дальнейшей чистке щеткой или другими абразивными веществами.

Однако новаторское добавление полимерных наночастиц, легированных цинком, в средства для ухода за зубами привело к уверенной устойчивости к лимонной кислоте. Этот результат также включает образцы, обработанные Sensodyne, у которых после нанесения лимонной кислоты образовалось 30% вновь открытых канальцев.

Исследовательская группа обнаружила, что, экспериментируя с различными концентрациями наночастиц, только 1 мас.% Наночастиц требовалось для достижения целевого эффекта закупорки канальцев за счет их способности проникать в эти канальцы во время чистки щеткой, что является преимуществом их наночастиц. размер шкалы.

<img alt=" FESEM-изображения поверхностей дентина после обработки ЭДТА и: (а) очищенной дистиллированной водой и (б) после обработки лимонной кислотой; (c) чистка зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, и (d) после обработки лимонной кислотой; (e) чистка зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP, и (f) последующая обработка лимонной кислотой; (g) чистка зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP, и (h) последующая обработка лимонной кислотой; и (i) обработаны зубной пастой Sensodyne® и (j) после этого обработаны лимонной кислотой. Все изображения сделаны с увеличением 2500 ×. "Src =" https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_38261_16381882976232987.png "style =" width: 430px; height: 750px; "width =" 430 "height =" 750 "/>

FESEM-изображения поверхностей дентина после обработки ЭДТА и: ( a ) очищенной дистиллированной водой и ( b ) после обработки лимонной кислотой ; ( c ) чистят зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, и ( d ) после обработки лимонной кислотой; ( e ) чистят зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP, и ( f ) после обработки лимонной кислотой; ( g ) чистят зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP, и ( h ) после этого обрабатывают лимонной кислотой; и ( i ) почистили зубной пастой Sensodyne ^® и ( j ) после этого обработали лимонной кислотой. Все изображения сделаны с увеличением 2500 ×. Изображение предоставлено: Толедано-Осорио, М. и др.

Будущее обезболивания при гиперчувствительности зубов

Учитывая взаимосвязь между обнажением дентинных канальцев и гиперчувствительностью зубов, необходимы клинические исследования, чтобы доказать облегчение симптомов ДГ с помощью полимерных наночастиц, допированных цинком.

Эти результаты могут стать началом многообещающего пути к уменьшению зубной боли и революционным изменениям в стратегиях здоровья зубов, а также к захватывающим последствиям в мире биоматериалов.

Несмотря на то, что он ограничен данными in vitro он открывает путь для экспериментов in vivo которые могут привести к конкретным методам уменьшения боли в полости рта, нацеливания и уменьшения эрозивных поражений зубов.

Результаты этого исследования могут привести к созданию передовых продуктов стоматологической гигиены, включая наночастицы цинка в жидкостях для полоскания рта, которые могут помочь в борьбе с стоматологическими заболеваниями, такими как гингивит.

Использование преимуществ этого исследования для улучшения здоровья полости рта было бы революционным для индустрии нанотехнологий, которая продолжает предлагать интересные инновации для различных отраслей.

<img alt=" FESEM-изображения поверхностей дентина после обработки ЭДТА и: (а) чистки зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, на которых были видны одиночные канальцы, закупоренные NP, и новые минеральные образования; (b) чистка зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, для которой наблюдались закупоренные канальцы после нанесения кислоты. Межканальный дентин также был покрыт НЧ и новыми минералами; (c) чистка зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP. Обнаружены дентинные канальцы, закупоренные НЧ, и новые минеральные образования; (d) очищены зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP, и после этого обработаны лимонной кислотой. Показаны закупоренные и частично заполненные канальцы. Реминерализован межтрубный дентин; (e) чистка зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP. Заполненные канальцы и межтрубный дентин, покрытые НЧ и новыми минералами; (f) очищены зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP, и затем обработаны лимонной кислотой. На поверхности дентина можно было обнаружить отверстие крошечного канальца (около 250 нм); (g) чистка зубной пастой Sensodyne®, где канальцы были закупорены мазками, которые были смещены из основного дентинного отверстия; (h) обработаны зубной пастой Sensodyne® и после этого обработаны лимонной кислотой, в результате чего межтрубчатый дентин был деминерализован и были обнаружены коллагеновые волокна. style = "ширина: 532 пикселей; height: 750px; "width =" 532 "height =" 750 "/>

Изображения FESEM поверхности дентина после обработки ЭДТА и: ( a ) чистки зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, где один каналец перекрывается NPs и новыми были видны минеральные образования; ( b ) чистили зубной пастой, содержащей 1% Zn-NP, у которых наблюдались закупоренные канальцы после нанесения кислоты. Межканальный дентин также был покрыт НЧ и новыми минералами; ( c ) чистят зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP. Обнаружены дентинные канальцы, закупоренные НЧ, и новые минеральные образования; ( d ) почистили зубной пастой, содержащей 5% Zn-NP, и затем обработали лимонной кислотой. Показаны закупоренные и частично заполненные канальцы. Реминерализован межтрубный дентин; ( e ) чистят зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP. Заполненные канальцы и межтрубный дентин, покрытые НЧ и новыми минералами; ( f ) почистили зубной пастой, содержащей 10% Zn-NP, и затем обработали лимонной кислотой. На поверхности дентина можно было обнаружить отверстие крошечного канальца (около 250 нм); ( g ), обработанный зубной пастой Sensodyne ^® где канальцы были закупорены мазками, которые были смещены из основного дентинного отверстия; ( h ) почистили зубной пастой Sensodyne ^® и после этого обработали лимонной кислотой, в результате чего межтрубный дентин был деминерализован и наблюдались волокна коллагена. Изображение предоставлено: Изображение предоставлено: Толедано-Осорио, М. и др.

Продолжить чтение: Анализ новых ортодонтических композитов с наночастицами на предмет антибактериальных свойств.

Дополнительная литература

Толедано-Осорио, М., Осорио, Р., Осорио, Э., Медина-Кастильо, А.Л., Толедано, М. (2021 г.) Новые пасты, содержащие полимерные наночастицы, для лечения гиперчувствительности дентина: исследование in vitro. Наноматериалы 11 3150. Доступно по адресу: https://www.mdpi.com/2079-4991/11/11/3150

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Ученые из Боннского университета разработали молекулярную структуру, которая может охватывать графитовые поверхности с морем миниатюрных флагштоков с флагами. Свойства покрытия очень разнообразны. Это может стать основой для создания новых катализаторов. Соединения также могут быть идеальными для определения наномеханических свойств белков.

Результаты были заранее опубликованы в Интернете в журнале « Angewandte Chemie ». В настоящее время опубликовано и печатное издание, на обложке которого изображена часть моря флагов.

Стандартным строительным блоком покрытия поверхности является большое молекулярное кольцо. Он стабилизирован изнутри спицами и, таким образом, имеет определенное сходство со звездой Mercedes. Кроме того, кольцо состоит из трех маленьких рук, ориентированных наружу.

Каждая рука может захватывать руку следующего кольца. Это позволяет молекулам соединяться вместе, образуя массивную пластинчатую ткань без какого-либо внешнего вмешательства. Для этого достаточно окунуть часть графита (который, например, является материалом, из которого состоят грифели карандашей) в раствор этих колец. Как по волшебству, они затем довольно быстро охватывают поверхность графита сетчатой ​​структурой.

Размер ячейки сетки можно точно изменить, изменив длину плеч. Однако реальное значение покрытия заключается в другом варианте изменения.

Мы можем прикрепить к центру колец крошечные шесты разной длины. Затем мы можем, в свою очередь, прикрепить к ним другие молекулы, как флаги на флагштоке.

Проф. Д-р Сигурд Хёгер, Институт органической химии и биохимии им. Кекуле, Боннский университет

Проф. Доктор Сигурд Хёгер возглавлял исследование вместе с доктором Стефаном-Свеном Йестером (также Институтом Кекуле) и профессором доктором Стефаном Гримме из Центра теоретической химии Малликена

Миниатюрное море флагов

Расстояния между полюсами довольно большие, что позволяет даже очень громоздким молекулам застревать на концах, не пересекая пути друг друга. С одной стороны, они удерживаются на месте шестами, а с другой стороны, они не ограничены в движении, как флаг на ветру. Кроме того, они легко доступны для веществ в растворе и могут реагировать с ними.

Это может позволить реализовать новые катализаторы. Потенциально это позволит провести химические реакции, которые ранее были невозможны или возможны только с большими усилиями.

Проф. Д-р Сигурд Хёгер, Институт органической химии и биохимии Кекуле, Боннский университет

Теоретически любые молекулы могут прилипать к концам флагштоков. В будущем это также должно позволить, например, измерять наномеханические свойства белков. Для этого белковая молекула удерживалась на месте флагштоком, а затем разрывалась своего рода «захватной рукой».

Белки состоят из длинных нитей, но большинство из них свернуто в компактные сферы, что придает им характерную форму. Силы, действующие на формирование последнего, можно было бы более точно определить с помощью таких экспериментов.

Проф. Д-р Сигурд Хёгер, Институт органической химии и биохимии Кекуле, Боннский университет

В лаборатории доктора Джестера молекулы, образованные Хёгером и его партнерами, были помещены на графит и проанализированы с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Кроме того, с помощью компьютера они воспроизвели структуру поверхности молекул флага.

«Это позволило нам показать, что молекулы на самом деле организуются и ведут себя точно так, как предсказывают наши концепции и теория», объясняет Джестер, который, как Хегер и Гримме, является членом Трансдисциплинарной Область исследований «Строительные блоки материи и фундаментальных взаимодействий» (TRA Matter) в Боннском университете

Имитация динамики таких огромных и сложных молекул требует огромных вычислительных ресурсов. За последние несколько лет команда профессора Гримме сформулировала передовые подходы, которые делают это возможным.

«Мы можем использовать эти методы, например, чтобы различать гибко и жестко связанные молекулы в моделировании и прогнозировать их поведение», – поясняет Гримм.

Среди других молекул боннские исследователи прикрепили к флагштокам структуру, напоминающую футбольный мяч, так называемый фуллерен. Он мог свободно висеть на вершине каждой мачты, удерживаясь на месте своего рода нано-шнуром.

«Мы действительно можем увидеть это движение фуллеренов, предсказанное компьютерным моделированием, на изображениях, полученных с помощью нашего сканирующего туннельного микроскопа», – говорит Джестер.

Это потому, что изображения молекулярных футбольных мячей нечеткие, а нечеткие: это все равно что фотографировать настоящий мяч на веревке, раскачивающийся взад и вперед на ветру при слабом освещении. С другой стороны, плотно прикрепленные контрольные молекулы четко видны на изображениях, полученных с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

Ссылка на журнал:

Полуэктов Г., и др. . (2021) Супрамолекулярные нанограммы колес со спицами с ортогональными столбами: наблюдение фуллереновой дымки. Angewandte Chemie . doi.org/10.1002/anie.202111869.

Источник: https://www.uni-bonn.de/en[19459009visible

Мэдисон, Висконсин (24 ноября 2021 г.). Компания Platypus Technologies LLC, ведущий поставщик металлических покрытий, объявляет о выпуске новой продукции на узорчатых электродах.

Поскольку потребность в химических и биологических измерениях продолжает расти, тонкопленочные электроды становятся все более важными для ученых и инженеров. Узорчатые электроды служат в качестве электрических контактов, которые обеспечивают ток или напряжение для измерения электрических свойств материалов, включая проводимость, удельное сопротивление или емкость. Конкретный дизайн рисунка электродов определяет области, в которых может протекать ток и где его следует предотвращать. Platypus Technologies, известная своими высококачественными металлическими покрытиями, в настоящее время является ценным поставщиком узорчатых электродов.

Мы объединили наши существующие навыки в области металлических покрытий и фотолитографии, чтобы создать новые конструкции электродов с рисунком. Наши новые разработки предоставляют ученым-исследователям безграничные возможности тестирования. Узорчатые электроды обеспечивают платформу для ряда приложений измерения. Электроды изготовлены с равномерным золотым покрытием, которое поддерживает высокую подвижность заряда и высокую чувствительность. Эти поверхности золотых электродов могут использоваться в таких приложениях, как химическое зондирование, разработка сенсоров, биологические испытания и анализ жидкостей.

Наши недавно разработанные конструкции включают матрицы встречно-штыревых электродов (IDE), матрицы электродов для полевых транзисторов (FET), матрицы электродов с 4 и 6 зондами и однодисковые электроды. Эти электродные устройства изготовлены на прозрачном стекле оптического качества, что позволяет пользователю визуализировать образец, помещенный поверх электродов, и управлять им. Рисунки электродов изготовлены из золота высокой чистоты (99,999%) поверх адгезионного слоя титана. Эти металлические пленки покрываются электронно-лучевым испарением, чтобы минимизировать шероховатость поверхности, и на них наносится рисунок с помощью фотолитографии. Эти электроды с рисунком можно приобрести на нашем веб-сайте по адресу: https://www.platypustech.com/shop?filters=product_cat[19459010estive

Кроме того, Platypus Technologies может создавать электроды с индивидуальным рисунком для самых требовательных клиентов. Наши услуги включают (1) нанесение металлических покрытий (Au, Ag, Al, Ti, Pt, W) на стекло, кремний, керамику и гибкие подложки, (2) фотолитографию, отрыв и влажное травление, (3) прецизионную жидкость. дозирование и (4) разделение устройства.

Platypus Technologies с гордостью поддерживает научные инновации, предлагая инструменты и решения в области наук о поверхности. Наша миссия – служить ученым, предлагая выдающиеся решения, которые позволяют им легко и уверенно проводить исследования. Наша многопрофильная команда ученых и инженеров имеет многолетний опыт в области тонкопленочных покрытий, фотолитографии, электрохимии и химических сенсоров.

Группа исследователей из Университета штата Мичиган использовала терагерцовую сканирующую туннельную микроскопию и спектроскопию, управляемую световыми волнами, для исследования нанолент графена (7-AGNR) шириной в 7 атомов на сверхмалых высотах. Они обнаружили сильно локализованные волновые функции на краях ГНР, которых не удалось обнаружить с помощью обычных сканирующих туннельных микроскопов.

Проектирование передовых оптоэлектронных устройств требует разработки диагностических инструментов, работающих в нанометровом масштабе. Терагерцовое излучение становится важным инструментом в развитии новых технологий.

Для достижения наноразмерного разрешения терагерцовые сканирующие зондовые микроскопы вводят терагерцовое излучение в субволновые зонды. Это открывает новые возможности для точного описания динамики волновых функций в наноструктурах и служит хорошим предзнаменованием для будущих оптоэлектронных устройств, адаптированных за счет модуляции локальных электронных свойств.

Краткое руководство по сканирующей зондовой микроскопии

С тех пор, как в 1981 году двумя исследователями IBM был изобретен сканирующий туннельный микроскоп, сканирующие зондовые микроскопы стали основой инноваций в материаловедении, выявляя морфологию, топографию и состав структур в нанометровом масштабе.

Многие типы сканирующих зондовых микроскопов включают сканирующие туннельные микроскопы, атомно-силовые микроскопы и сканирующие электрохимические микроскопы. Они выявляют гораздо больше деталей, чем обычные оптические микроскопы, потому что они используют электронные волны вместо световых, чтобы «видеть» объекты. Поскольку длины волн электронов в сотни тысяч раз меньше, чем длины волн оптического излучения, электронные микроскопы могут разрешать объекты в сотни тысяч раз меньше, чем оптические микроскопы.

В сканирующих электронных микроскопах микроскопический зонд сканирует образец с помощью электронного луча, так что рассеянные электроны могут быть проанализированы для формирования изображения.

Изучение графеновых нанолент (ГНЛ) имеет важное значение для разработки новых наноэлектронных устройств. Графеновые наноленты представляют собой полоски графена шириной менее 100 нм. Графен – один из многих аллотропов углерода, алмаз и графит – два других хорошо известных аллотропа углерода.

На наномасштабе эффекты электронного ограничения и краевые структуры определяют свойства графена. В зигзагообразных краевых структурах GNR каждый краевой сегмент находится под углом, противоположным предыдущему. В краевых конструкциях кресел каждая пара сегментов повернута на 120 градусов по отношению к предыдущей паре. Краевые конструкции кресел бывают металлическими или полупроводниковыми. Зигзагообразные краевые структуры всегда металлические.

Сканирующая туннельная микроскопия, управляемая световыми волнами (СТМ), открывает новое измерение микроскопии с атомным разрешением. Управление световыми волнами экстремальных туннельных токов (и других полей) порождает сверхбыстрые поля, которые могут работать в режимах, недоступных для обычных статических полей СТМ.

Световолновая сканирующая туннельная микроскопия

Команда из Университета штата Мичиган при поддержке Швейцарской федеральной лаборатории материаловедения и технологий и Университета Берна вырастила графеновые наноленты из молекулярных предшественников на чистой золотой (Au) подложке с использованием синтеза на поверхности. Для своего исследования они выбрали 7-атомные ГНЛ с кресельными краями (7-AGNR).

Команда показала, что дифференциальная проводимость на поверхности золотой подложки очень чувствительна к боковому движению нанозонда микроскопа. Таким образом, создание карт дифференциальной проводимости путем комбинирования сканирующей туннельной микроскопии (СТМ) и спектроскопии (СТС) позволяет выявить локальную плотность электронных состояний (LDOS) образца как функцию положения и энергии

.

Терагерцовую спектроскопию (THz-STS) выполняли как функцию трехмерного позиционирования над GNR. Это позволило команде извлечь данные о дифференциальной проводимости, полученные с помощью световолновой туннельной микроскопии с разрешением Ангстрема (10 ^-10 метров) по горизонтали и субангстрему по вертикали. Они также представили управляемую световыми волнами сканирующую туннельную томографию, где изображения ТГц-СТМ постоянной высоты показали переход от туннелирования, в котором преобладают занятые состояния в валентных зонах ГНР, к туннелированию, в котором преобладают незанятые состояния в зонах проводимости.

Команда применила пространственно-зависимый THz-STS, чтобы отделить внутренние свойства 7-AGNR на сверхмалой высоте наконечника зонда от процесса туннелирования, управляемого световыми волнами. Они определили сверхнизкую высоту иглы как расстояния, на которых орбитально-избирательное изображение с помощью обычного СТМ с s-волновым зондом становится невозможным, поскольку постоянный ток может повредить зонд или образец.

Энергетические положения и ширина были ограничены подбором данных спектроскопии. Для регистрации профиля терагерцового импульса на кончике зонда использовалась сверхбыстрая фотоэмиссия. Сочетания этого с данными о дифференциальной проводимости было достаточно для воспроизведения изображения в заданном положении зонда.

Управляемая световыми волнами (терагерцовая) сканирующая туннельная микроскопия, спектроскопия и томография ГНЛ открывают новые возможности для наноразмерной инженерии новых материалов.

Ссылки и дополнительная литература

Аммерман, С.Е., и др. ., (2021) Сканирующая туннельная спектроскопия с использованием световых волн графеновых нанолент атомарной точности. Nature Communications [online] Доступно по адресу: https://doi.org/10.1038/s41467-021-26656-3[19459005provided

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

В последние годы крупные достижения в области нанотехнологий вдохновили на некоторые из самых инновационных прорывов в различных областях, включая разработку наномеханических резонаторов, таких как высокоточные датчики и приложения для квантовых сетей.

Теперь группа исследователей из Делфтского университета разработала один из самых передовых и точных наномеханических резонаторов, черпая вдохновение как в естественном, так и в виртуальном мире. Вдохновленная паутиной и управляемая машинным обучением, команда приступила к созданию устройства в форме паутины, которое будет демонстрировать режимы вибрации, изолированные от окружающей тепловой среды.

Одной из наиболее востребованных характеристик механического резонатора является шумоизоляция от тепловых сред, а именно в условиях комнатной температуры, где может преобладать термомеханический шум.

Д-р. Ричард Норте, Делфтский университет

Вдохновленный природой

Паутина имеет уникальную и сложную геометрию, что делает ее одной из самых известных и интригующих структур в природе. Несмотря на то, что их можно найти почти везде и везде, исследователи из различных областей, таких как материаловедение, физика и биология, по-прежнему открывают новые и новые особенности, касающиеся механики паутины.

О паутинах известно то, что они представляют собой исключительные надежные изолированные датчики вибрации. Пауки могут чувствовать свою запутавшуюся добычу через веб-дизайн. Они обнаруживают вибрации, исходящие изнутри сети, а не нарушения окружающей среды вокруг нее.

Чтобы помочь своей работе и приступить к разработке правильного типа наномеханического резонатора, команда использовала машинное обучение для оптимизации процесса с использованием алгоритма байесовской оптимизации.

В контексте разработки наномеханического резонатора из паутины ожидается, что байесовская оптимизация не только исследует пространство проектирования, чтобы найти новые колебательные режимы, которые вызывают мягкое зажатие при компактной конструкции, но и использовать их для достижения высоких показателей качества при низких частотный режим для данного размера резонатора.

Д-р. Ричард Норте, Делфтский университет

Байесовская эволюция

В то время как паутина является продуктом миллионов лет чрезвычайно сложной эволюции, байесовская модель оптимизации ускорила этот процесс и позволила исследователям быстро произвести расчеты, чтобы они могли упростить процесс проектирования своего сверхчувствительного устройства.

Получившаяся расчетная модель представляла собой упрощенную сетчатую структуру, состоящую из радиальных и боковых балок с соединениями между ними. Компьютерное моделирование также показало, что наномеханический резонатор может работать при комнатной температуре в условиях окружающей среды с высокой колебательной энергией.

Результаты также показали, что простая конструкция хорошо работает с чрезвычайно низкими уровнями воздействия окружающей среды, проникающего в резонатор. Это привело к тому, что команда изготовила ультратонкое устройство, продемонстрировавшее выдающиеся рабочие характеристики.

Команда была также удивлена ​​тем фактом, что потери энергии вне устройства были минимальными, поскольку вибрации оставались в основном ограниченными наномеханическим резонатором из паутины.

Функциональность наномеханического резонатора команды TU Delft может иметь серьезные последствия для области квантовых вычислений, особенно потому, что квантовые устройства обычно должны храниться при минусовых температурах (как можно более близких к абсолютному нулю), поскольку они супер чувствителен к окружающим условиям при комнатной температуре.

Однако затраты и методы, необходимые для хранения и эксплуатации квантовых устройств, означают, что их стоимость может оказаться слишком высокой. Следовательно, разработка стратегии, которая может открыть новое поколение наномеханических резонаторов, может помочь сформировать будущее квантовых вычислений.

Исследователи также заявляют, что стратегия проектирования может быть применена к широкому спектру геометрических фигур и задач проектирования, включая моделирование или эксперименты с низкой пропускной способностью. Они ожидают, что будущие разработки в области машинного обучения и оптимизации вместе с новыми технологиями производства могут привести к беспрецедентному развитию нанотехнологий в течение следующего десятилетия.

Ссылки и дополнительная литература

Шин, Д., Купертино, А., и др. ., (2021) Наномеханические резонаторы паутины через байесовскую оптимизацию: вдохновлены природой и руководствуются машинным обучением. Advanced Materials [online] p.2106248. Доступно по адресу: https://doi.org/10.1002/adma.202106248[19459005visible

Отказ от ответственности: мнения, выраженные здесь, принадлежат автору, выраженному в их личном качестве, и не обязательно отражают точку зрения AZoM.com Limited T / A AZoNetwork, владельца и оператора этого веб-сайта. Этот отказ от ответственности является частью Условий использования этого веб-сайта.

Ученые разработали новые материалы для электроники следующего поколения, настолько крошечные, что они не только неотличимы при плотной упаковке, но и не отражают достаточно света, чтобы показать мелкие детали, такие как цвета, даже с самыми мощные оптические микроскопы. Например, под оптическим микроскопом углеродные нанотрубки выглядят сероватыми.

Неспособность различать мелкие детали и различия между отдельными частями наноматериалов затрудняет для ученых изучение их уникальных свойств и поиск способов усовершенствования их для промышленного использования.

В новом отчете в Nature Communications исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде описывают революционную технологию визуализации, которая сжимает свет лампы в пятно нанометрового размера. Он держит этот свет на конце серебряной нанопроволоки, как студент Хогвартса, практикующий заклинание «Люмос», и использует его для выявления ранее невидимых деталей, включая цвета.

Прогресс, улучшающий разрешение цветных изображений до беспрецедентного уровня в 6 нанометров, поможет ученым увидеть наноматериалы достаточно подробно, чтобы сделать их более полезными в электронике и других приложениях.

Мин Лю и Руосюэ Янь, доценты инженерного колледжа Марлана и Розмари Борн в Калифорнийском университете в Риверсайде, разработали этот уникальный инструмент с помощью методики суперфокусировки, разработанной командой. Этот метод использовался в предыдущей работе для наблюдения колебаний молекулярных связей с пространственным разрешением в 1 нанометр без необходимости использования какой-либо фокусирующей линзы.

В новом отчете Лю и Янь модифицировали инструмент для измерения сигналов, охватывающих весь видимый диапазон длин волн, который можно использовать для передачи цвета и изображения электронных полосовых структур объекта, а не только колебаний молекул. Инструмент сжимает свет от вольфрамовой лампы в серебряную нанопроволоку с почти нулевым рассеянием или отражением, где свет переносится колебательной волной свободных электронов на поверхности серебра.

Конденсированный свет покидает наконечник серебряной нанопроволоки, имеющий радиус всего 5 нанометров, по конической траектории, как луч света от фонарика. Когда наконечник проходит над объектом, его влияние на форму и цвет луча обнаруживается и регистрируется.

«Это похоже на использование большого пальца для управления разбрызгиванием воды из шланга», Лю сказал, «Вы знаете, как добиться желаемой формы распыления, изменив положение большого пальца, и то же самое. , в эксперименте мы считываем световую диаграмму, чтобы выявить детали объекта, блокирующего световое сопло размером 5 нм ».

Затем свет фокусируется в спектрометр, где он формирует крошечную форму кольца. Сканируя зондом область и записывая два спектра для каждого пикселя, исследователи могут сформулировать изображения поглощения и рассеяния с помощью цветов. Первоначально сероватые углеродные нанотрубки получают свою первую цветную фотографию, а отдельная углеродная нанотрубка теперь имеет шанс показать свой уникальный цвет.

« Атомарно-гладкая серебряная нанопроволока с острым концом и ее оптическая связь и фокусировка практически без рассеяния имеют решающее значение для получения изображений», – сказал Ян. «В противном случае на заднем плане будет интенсивный рассеянный свет, который разрушит все усилия».

Исследователи ожидают, что новая технология может стать важным инструментом, который поможет полупроводниковой промышленности создавать однородные наноматериалы с одинаковыми свойствами для использования в электронных устройствах. Новый метод полноцветного наноизображения также может быть использован для улучшения понимания катализа, квантовой оптики и наноэлектроники.

Лю, Янь и Ма присоединились к исследованию Сюэчжи Ма, научного сотрудника Университета Темпл, который работал над этим проектом в рамках своего докторского исследования в UCR Riverside. В число исследователей также входили студенты UCR Цюши Лю, Нин Ю, Да Сюй, Санггон Ким, Зебин Лю, Кайли Цзян и профессор Брайан Вонг. Документ под названием « Оптическое пропускание и рассеяние 6 нм со сверхвысоким разрешением, спектроскопическое изображение углеродных нанотрубок с использованием источника белого света нанометрового масштаба, » доступен здесь.

Источник: https://www.ucr.edu/[19459007visible

25 ноября 2021 года Обзор Alex Smith

Ученые в Японии впервые создали пептиды, созданные снизу вверх, содержащие цепочки аминокислот, которые могут образовывать синтетические нанопоры для идентификации и облегчения сортировки отдельных молекул генетического материала в липидной мембране.

Биологические нанопоры – это большие каналы, состоящие из порообразующих белков, которые могут идентифицировать определенные молекулы, но такие естественные каналы трудно идентифицировать, что ограничивает предлагаемые применения в экономичном быстром секвенировании ДНК, обнаружении малых молекул и т. Д.

Зондирование нанопор – это мощный инструмент для безметочного обнаружения одиночных молекул. Это первый раз, когда ДНК и полипептиды были обнаружены с помощью нанопоры, созданной de novo.

Рюдзи Кавано, автор исследования, профессор Токийского сельскохозяйственного и технологического университета

Их результаты были опубликованы в выпуске журнала Nature Nanotechnology от 22 ноября ^и

.

Новоинженерные нанопоры конструируются «с нуля», согласно Кавано, и обладают перспективой имитации природных белков и их способностью обнаруживать определенные белки.

Примечательно, что, по словам Кавано, они также могут быть сконструированы в качестве искусственных молекулярных машин, которые могут обнаруживать гораздо более широкий спектр молекул, что может помочь прояснить связь между структурой и функцией в целевых белках.

Кавано отметил, что все белки обладают новой структурой и размером.

Сложенная структура белков определяется их линейной полипептидной последовательностью и дает начало специфической функциональности белка. Уникальная первичная структура является результатом структурной эволюции, такой как мутации и отбор аминокислотных остатков с течением времени. Выявление взаимосвязи между этой первичной информацией и структурой белка – одна из конечных целей науки.

Рюдзи Кавано, автор исследования, профессор Токийского сельскохозяйственного и технологического университета

Чтобы сформировать большие искусственные нанопоры, которые могут точно обнаруживать и распознавать молекулы для практического применения, Кавано и его команда создали пептид под названием SV28. С двумя плечами аминокислот, скрученными под острым углом, и точными зарядами на концах, выравнивание пептида в форме шпильки можно точно регулировать путем приложения напряжения.

Пептид может ориентироваться с образованием нанопористых структур размером от 1,7 до 6,3 нм, идеально подходящих для восприятия молекул ДНК.

Ученые также изменили SV28, интегрировав мутацию, которая заставляет структуру пептида изгибаться и скручиваться определенным образом. В полученном пептиде образовались равномерно диспергированные поры размером 1,7 нм каждая, способные идентифицировать одну полипептидную цепь или половину белка.

Это достижение может быть использовано для облегчения понимания связи между структурой и функцией белка.

На последующих этапах команда стремится разработать различные пептиды и белки для создания различных типов нанопор для поддержки секвенирования пептидов, работы в качестве молекулярных роботов и т. Д.

Другими участниками исследования являются Кейсуке Симидзу, Масатака Усами и Икуро Мидзогути, факультет биотехнологии и наук о жизни Токийского университета сельского хозяйства и технологий; Батсайхан Миджиддорж и Изуру Кавамура, Высшая школа инженерии, Йокогамский национальный университет; Шухей Ёсида, Сиори Акаяма, Ёсио Хамада и Кендзи Усуи, факультет передовых инновационных исследований в области науки и технологий, Университет Конан; и Акифуми Охьяма из Высшей школы инженерных наук Йокогамского национального университета

Кавамура также является членом Высшей школы инженерных наук Йокогамского национального университета. Миджиддорж также является членом Школы инженерных и прикладных наук Национального университета Монголии.

Это исследование было поддержано Японским обществом содействия науке (19H05382 и 21H00390), Министерством образования, культуры, спорта, науки и технологий (19H00901) и Монголо-японской программой развития инженерного образования частично.

Ссылка на журнал:

Симидзу К., и др. . (2021) Разработка de novo нанопоры для обнаружения одиночных молекул, которая включает в себя β-шпилечный пептид. Природа Нанотехнологии . doi.org/10.1038/s41565-021-01008-w.

Источник: https://www.tuat.ac.jp/en/[19459007visible

24 ноября 2021 года Обзор Алекса Смита

Когда после травмы идет сильное кровотечение, первые несколько минут очень важны. Чтобы остановить кровотечение, человеку необходимо как можно скорее ввести внутривенное лекарство. Однако доставка лекарств с надлежащей скоростью может оказаться довольно сложной.

Результатом более медленных инфузий является меньшее количество негативных реакций, но лекарство может работать недостаточно быстро, особенно в случае критической травмы.

Четыре ученых из Университета Мэриленда в округе Балтимор (UMBC) сформулировали уникальный метод изменения поверхности наночастиц в этих жизненно важных процедурах, чтобы обеспечить более быстрое введение инфузий, но с минимальной вероятностью негативных реакций.

Реакции на инфузию могут вызывать многочисленные симптомы, такие как сыпь и воспалительные реакции. Это может включать анафилаксию, дыхательную недостаточность со смертельным исходом. До сих пор серьезность этих реакций ограничивала применение наномедицинских препаратов и уменьшала вероятность побочных реакций, которые могли быть радикальными.

Суть проблемы

В исследовании, недавно опубликованном в журнале Nano Letters Эрин Лавик, профессор химической, биохимической и экологической инженерии; Чак Биберих, профессор биологических наук; Нужат Майша, канд. «21», химическое машиностроение; и Майкл Рубинштейн, M.S. 2014 г., к.э.н. ‘22, биологические науки, опишите свой уникальный метод исследования. Они сосредоточились на основном материале наночастиц, поставляемых пациентам.

Мы обнаружили, что использование полиуретановой сердцевины снижает маркеры, связанные с реакциями инфузии.

Эрин Лавик, профессор химической, биохимической и экологической инженерии, UMBC

Лавик также является заместителем декана по исследованиям и развитию факультета в Колледже инженерии и информационных технологий UMBC.

В настоящее время 7% людей подвергаются инфузионным реакциям, утверждают исследователи в своем исследовании. «Эти реакции… ограничивают возможности лечения значительной части пациентов», поясняют они.

Мы, как и большинство специалистов в этой области, потратили много времени, пытаясь изменить поверхность наночастиц, чтобы модулировать реакцию.

Эрин Лавик, профессор химической, биохимической и экологической инженерии, UMBC

Она заявляет, что, хотя этот метод действительно помогает до определенного уровня, дальнейший шаг за счет модификации основного материала, кажется, дает лучший результат.

Исследование, проведенное Лавиком, Биберихом и их коллегами, закладывает основу для будущего анализа доклинических моделей с использованием нанокапсул для остановки внутреннего кровотечения. Лавик объясняет, что партнерство было жизненно важным элементом этого исследования.

Ссылка на журнал:

Maisha, N., и др. . (2021) Вникать в суть всего: нанокапсулы для смягчения инфузионных реакций могут способствовать гемостазу и быть платформой для внутривенной терапии. Нано-буквы . doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02746.

Источник: https://www.umbc.edu/[19459009visible

Linkam Scientific Instruments примет участие в своей первой с 2020 года выставке в США, осеннем собрании Общества исследования материалов (MRS) в Бостоне, Массачусетс.

Изображение предоставлено: Linkam Scientific Instruments Limited

Представители Linkam из США и Европы продемонстрируют модульный силовой каскад (MFS), электрические каскады Linkam и контроллер относительной влажности RH95, которые обеспечивают контроль температуры и окружающей среды для определения характеристик образцов для фотогальваники, экологически чистой энергии, полупроводников и механических испытаний. для композитных материалов и тканевой инженерии.

MFS был разработан для определения механических свойств различных типов образцов, от углеродных волокон до тканей. Его можно настроить для корреляции сил растяжения или сжатия с температурой, относительной влажностью и даже электрическими свойствами испытуемых материалов. Он оптимизирован для работы с оптической микроскопией, но также может легко сочетаться с рядом других аналитических методов, включая рентгеновское излучение, комбинационное рассеивание света и FT-IR.

MFS – один из широкого ассортимента ступеней с регулируемой температурой от Linkam. Каждый из них предназначен для точного контроля среды образца при использовании микроскопии или других аналитических методов для характеристики изменений микроструктуры образца.

Мы очень рады вернуться в путь, разговаривая и налаживая контакты с нашими клиентами, как старыми, так и новыми, и демонстрируя наши технологии. MRS – идеальная платформа для нас, поскольку, как и наша продукция, она охватывает широкий спектр приложений .

Дункан Стейси, директор по продажам и маркетингу

Стейси продолжила: « Конференция также привлекает посетителей как из США, так и из Европы, многие из которых заинтересованы в использовании контроля температуры и окружающей среды в своих экспериментах ».

« Мы создавали решения для определения характеристик образцов для микроэлектроники и полупроводников в течение многих лет, и наши камеры для определения характеристик образцов гарантируют точный контроль температуры в диапазоне от <-195 ° C до 1500 ° C».

«Мы также предлагаем возможность управлять средой внутри камеры с опциями для продувки газом, контролируемого вакуума или влажности. Мы с нетерпением ждем возможности пообщаться с посетителями выставки и поговорить с ними об их проблемах и о том, как мы можем быть в состоянии помочь ».

Посетители MRS могут поговорить с представителями Linkam о своих требованиях к характеристикам образцов на стенде 308. Для получения дополнительной информации обращайтесь к [email protected]

23 ноября 2021 года Автор отзыва: Алекс Смит

Впервые в истории ученые из Университета Квинсленда, Австралия, использовали нанотехнологии для разработки эффективных методов борьбы с чувствительностью зубов.

По словам доктора Чун Сюй из стоматологической школы Университета Квинсленда, этот метод может предложить долгосрочное обезболивание, которое является более эффективным для людей с чувствительными зубами, чем варианты, доступные в настоящее время.

Дентинные канальцы расположены в дентине, одном из слоев ниже поверхности эмали ваших зубов . Когда зубная эмаль изношена, а дентин обнажен, еда или питье чего-то холодного или горячего может вызвать внезапную резкую вспышку боли . Наноматериалы, использованные в этом доклиническом исследовании, могут быстро заблокировать обнаженные дентинные канальцы и предотвратить неприятную боль .

Д-р. Чун Сюй, стоматологический факультет Квинслендского университета

« Наш подход действует быстрее и длится дольше, чем существующие варианты лечения . Материалы можно было превратить в пасту, чтобы люди с чувствительными зубами могли просто нанести эту пасту на зуб и массировать от одной до трех минут . Следующий шаг – клинические испытания », – добавил Сюй.

Почти 74% населения страдает чувствительностью зубов, которая временами серьезно влияет на качество жизни и требует дорогостоящего лечения.

Если клинические испытания пройдут успешно, люди получат пользу от этого нового метода, который можно использовать дома без необходимости посещать стоматолога в ближайшем будущем . Мы надеемся, что это исследование будет способствовать дальнейшим исследованиям с использованием нанотехнологий для решения стоматологических проблем .

Д-р. Чун Сюй, стоматологический факультет Квинслендского университета

Кроме того, в группу входили ученые из Австралийского института нанотехнологий (AIBN) и биоинженерии Университета Квинсленда.

Ссылка на журнал:

Cao, Y., и др. . (2021) Наночастицы кремнезема, легированные кальцием, смешанные с наночастицами кремнезема, легированными фосфатом, для быстрой и стабильной окклюзии дентинных канальцев. ACS Applied Nano Materials . doi.org/10.1021/acsanm.1c01365.

Источник: https://www.uq.edu.au/[19459007visible