Использование флуоресцентных нанодатчиков для обнаружения бактерий

Использование флуоресцентных нанодатчиков для обнаружения бактерий

Исследователи из Бохума, Геттингена, Дуйсбурга и Кельна разработали новый метод обнаружения бактерий и инфекций. Они используют флуоресцентные наносенсоры для более быстрого и легкого отслеживания патогенов, чем с помощью известных методов.

Группа под руководством профессора Себастьяна Круса, ранее работавшего в Университете Геттингена, а теперь в Рурском университете Бохума (РУБ), описывает результаты в журнале Nature Communications опубликованном в Интернете 25 ноября 2020 года.

Традиционные методы обнаружения бактерий требуют взятия и анализа образцов тканей. Себастьян Крус и его команда надеются избавиться от необходимости брать образцы с помощью крошечных оптических датчиков для визуализации патогенов непосредственно в месте заражения.

Изменения флуоресценции в присутствии бактериальных молекул

Датчики основаны на модифицированных углеродных нанотрубках диаметром менее одного нанометра. Если их облучают видимым светом, они излучают свет в ближнем инфракрасном диапазоне (длина волны 1000 нанометров и более), который не виден людям.

Поведение флуоресценции изменяется, когда нанотрубки сталкиваются с определенными молекулами в окружающей их среде. Поскольку бактерии выделяют характерную смесь молекул, свет, излучаемый датчиками, может указывать на присутствие определенных патогенов.

В данной статье исследовательская группа описывает датчики, которые обнаруживают и дифференцируют вредные патогены, которые связаны, например, с инфекциями имплантатов.

« Тот факт, что датчики работают в ближнем инфракрасном диапазоне, особенно важен для оптического изображения, потому что в этом диапазоне гораздо меньше фоновых сигналов, которые могут исказить результаты», говорит Себастьян Крус, который возглавляет группу функциональных интерфейсов и биосистем в RUB и является членом Ruhr Explores Solvation Cluster of Excellence (Resolv).

Поскольку свет этой длины волны проникает в ткани человека глубже, чем видимый свет, это может позволить считывать показания датчиков бактерий даже под повязкой на рану или на имплантатах.

Возможны дополнительные области применения

«В будущем это может составить основу для оптического обнаружения инфекций на интеллектуальных имплантатах, поскольку отбор проб больше не потребуется. Это позволит быстро обнаружить процесс заживления или возможную инфекцию, что приведет к в улучшении ухода за пациентами »– говорит Роберт Нисслер из Геттингенского университета, ведущий автор исследования. «Возможные области применения не ограничиваются этим», добавляет Крус. «Например, улучшенная быстрая диагностика посевов крови в контексте сепсиса также возможна в будущем».

В дополнение к исследователям из Физической химии II Рурского университета Бохума и Института физической химии Геттингенского университета, в исследовании также участвовали команды медицинской микробиологии Медицинского центра Геттингенского университета, Университетской клиники Кельна и Фраунгофера. Институт микроэлектронных схем и систем в Дуйсбурге

Финансирование

Исследование финансировалось Volkswagen Foundation и Resolv Cluster of Excellence.

Источник: https://www.uni-goettingen.de/

Source link

Самодиагностика углеродных нанокомпозитов, полученных с использованием промышленных производственных маршрутов

Самодиагностика углеродных нанокомпозитов, полученных с использованием промышленных производственных маршрутов

Исследовательская группа из Центра дизайна, производства и материалов Сколтеха недавно опубликовала исследование, посвященное многофункциональным материалам, созданным путем добавления углеродных наночастиц к полимерным матрицам, которые позволяют проводить самодиагностический мониторинг с помощью недорогих техника.

Исследование, автором которого является аспирант Хасан Ахмад Батт из исследовательской группы профессора Сергея Абаимова, недавно было опубликовано в Composite Structures и является частью многофазного проекта по созданию самочувствительных материалов, которые могут быть включены и произведены с использованием существующих промышленных производственных маршрутов.

Поскольку требования к свойствам полимерных композитов возрастают с каждым годом во всем мире, углеродные наночастицы привлекают большое внимание, когда дело доходит до их добавления в такие системы материалов. Исследования показали, что они могут улучшить требуемые механические свойства при относительно небольших количествах добавок, при этом позволяя конечному материалу быть электропроводящим и пьезорезистивным по своей природе.

Однако внедрение углеродных наночастиц в крупномасштабное производство проблематично и требует интенсивной модернизации оборудования.

«Вот почему мы решили использовать суперконцентраты и промышленно доступные недорогие производственные технологии. Суперконцентраты можно хранить, транспортировать и включать в крупномасштабные производственные маршруты без необходимости дорогостоящего капитального ремонта. Почти каждое предприятие, имеющее дело с термореактивными полимерами. имеет простой миксер », – сказал Хасан.

В исследовании изучается, как добавление углеродных наночастиц может изменить электропроводность полимерных матриц и как она сама может измениться во время механической нагрузки, отслеживаться и, таким образом, связана с деформацией, которую испытывает материал.

В свою очередь, это устраняет необходимость в сложных методах мониторинга, так как простой мультиметр может определить ответ.

По сути, использование таких материалов может заменить датчики в критических по весу системах, таких как конструкции самолетов, с самим материалом, способным обеспечивать измерения.

Те же материалы и производственный процесс могут использоваться для производства электропроводящих материалов для таких применений, как печать электрических схем, электромагнитное экранирование и специальные датчики температуры и влажности.

Концепция материала не ограничивается этим конкретным производственным маршрутом, с возможной применимостью также пултрузия и вакуумная инфузия.

«Современные материалы находят применение в диапазоне от аэрокосмической сферы до специализированных датчиков. Материалы уникальны тем, что они могут быть увеличены в масштабе до структур или уменьшены для присоединения в качестве отдельных миниатюрных датчиков» Хасан.

Источник: https://www.skoltech.ru/en/

Source link

Нанотехнологии ДНК могут помочь в борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями

Нанотехнологии ДНК могут помочь в борьбе с устойчивыми к антибиотикам бактериями

]

Антибиотики – это лекарства, которые помогают предотвратить и лечить бактериальные инфекции. Они сыграли огромную роль в борьбе с инфекционными заболеваниями, такими как пневмония, брюшной тиф, туберкулез и менингит, в 20 веке веке.

Изображение предоставлено: Адриан Ланге на Unsplash.

Неправильное использование антибиотиков, однако, также привело к так называемой множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), в результате чего бактерии изменяют свою реакцию на эти лекарства и переживают их.

ВОЗ сообщает, что устойчивость к антибиотикам в настоящее время является одной из основных угроз продовольственной безопасности, всеобщему здоровью и развитию. Это очень беспокоит экспертов, хотя некоторые предприятия и общество в целом не испытывают особого беспокойства. В отличие от онкологии (лечение рака), например, в открытие новых антибиотиков вкладывается сравнительно мало.

Это происходит главным образом потому, что для этого требуются многие годы испытаний (от 10 до 20 лет); Хотя получить химические вещества, уничтожающие бактерии, может быть легко, гораздо сложнее найти и разработать вещества, не являющиеся смертельными для человека. Более того, самые современные продукты не могут продаваться свободно, так как это приведет к чрезмерному использованию, что в конечном итоге препятствует инвестициям в бизнес.

Таким образом, эта проблема требует новых подходов к лечению и новых источников финансирования. Последние усовершенствования в нанотехнологиях для создания наночастиц с предпочтительными физико-химическими свойствами могут привести к созданию нового продукта для борьбы с микроорганизмами с множественной лекарственной устойчивостью.

Проект MARA, спонсируемый программой FET Open Европейской комиссии, является одним из таких примеров. Этот проект, возглавляемый Австрийским технологическим институтом, продвигается междисциплинарным консорциумом, цель которого – заменить стандартные исследования антибиотиков новым методом нанотехнологий на основе ДНК для борьбы с бактериями. Этот метод основан на трех новых дополнительных технологиях.

Первый метод, называемый «Нуклеиновые кислоты автономного обнаружения» (AUDENA), представляет собой новый метод обнаружения антигена, связанный с патогеном. Он включает использование чистой ДНК в качестве сенсора, который идентифицирует целевые молекулы в водорастворимых веществах и реагирует, изменяя цвет. Эту реакцию можно наблюдать невооруженным глазом, а это означает, что лабораторные инструменты или современная обработка не являются необходимыми. Таким образом, AUDENA дешевле в разработке и применении.

Второй – это уникальный метод мимикрии белков, который включает использование искусственных ферментов (структур ДНК, имитирующих реакции белков), которые можно использовать для широкого спектра приложений, например, в биомедицинском производстве, биотехнологии и даже в энергетический сектор, если есть возможность синтезировать более дешевые и стабильные ферменты.

Третий основан на молекулярных роботах (MORO), которые уже используются в нескольких промышленных процессах. В рамках MARA функциональные нанороботы ДНК могут обнаруживать опухолевые клетки или бактериальные патогены перед тем, как убить их путем просверливания их клеточных стенок.

Сочетание машин с элементами обнаружения целей позволяет проектировать многочисленные специализированные MORO, формируя подход, который может изменить терапию болезней и проложить путь к новой области в молекулярной медицине.

Все эти технологии связаны с нанотехнологией ДНК, которая предполагает использование нуклеиновых кислот вместо белков, что до сих пор было стандартной практикой. Результаты исследования позволят MARA сократить использование антибиотиков, сделав их более целенаправленными (цель AUDENAS), что замедлит развитие устойчивости к антибиотикам, но не подавит ее полностью

.

Однако две другие технологии, скорее всего, позволят атаковать бактерии новыми способами. Соответственно, эффект MARA может быть огромным для здравоохранения всего общества.

По проекту уже вынашивается следующий проект. Посредством перехода EIC к инновационной деятельности – новой программы финансирования, объявленной в 2019 году в рамках схемы Horizon 2020 с целью повышения потенциала использования проектов, финансируемых ЕС, – проект MARILIA сформулировал новую технологию обнаружения, основанную на результатах MARA, для быстрого, экономичное обнаружение патогенов человека в пробах воды.

Быстрое и экономичное обнаружение патогенов очень важно в нескольких секторах, таких как сельское хозяйство, здравоохранение и пищевая промышленность. Коммерческий потенциал результатов MARILIA может проложить путь для стартапа по коммерциализации продукта и улучшению здоровья и безопасности людей во всем мире.

Источник: http://www.fetfx.eu

Source link

Новый подход к прогнозированию потенциальной токсичности промышленных наночастиц

Новый подход к прогнозированию потенциальной токсичности промышленных наночастиц

Наши легкие ежедневно подвергаются воздействию множества опасных частиц, переносимых по воздуху. Наночастицы из-за своего небольшого размера могут достигать чувствительной альвеолярной области легкого человека и вызывать воспаление даже после однократного вдыхания, что приводит к тяжелым заболеваниям, таким как болезнь сердца, повреждение мозга и рак легких при длительном воздействии.

При производстве токсичные наночастицы могут выбрасываться в окружающую среду во время производства, обработки, разложения или сгорания материалов. Несмотря на успехи в моделях нанотоксикологии, в настоящее время ни инструменты тестирования in vitro, ни in silico не могут надежно предсказать неблагоприятные исходы или заменить тестирование in vivo.

Чтобы облегчить внедрение более безопасных материалов в нашу жизнь, необходимы новые стратегии тестирования для прогнозирования потенциальной токсичности промышленных наночастиц до и во время производственного процесса.

Разблокировка клеточных механизмов

В Helmholtz Zentrum München исследовательская группа доктора Тобиаса Стёгера сосредоточена на улучшенном механистическом понимании взаимодействия между наночастицами и клетками легких, особенно с учетом возникающего в результате воспаления.

В сотрудничестве с партнерами из проекта SmartNanoTox EU группа исследователей обнаружила, что для некоторых материалов длительный воспалительный ответ на однократное воздействие наночастицы может быть вызван двумя ключевыми клеточными событиями, которые до сих пор были неизвестны: процесс карантина, который представляет собой осаждение выделенных неподвижных композитов наночастиц, обернутых биологическими молекулами на поверхности клетки. Во-вторых, так называемый цикл наноматериалов, который влечет за собой перемещение наночастиц между различными типами альвеолярных клеток легких.

«Благодаря этим новым открытиям мы разработали более глубокий комплексный подход к вопросу о том, как воспалительная реакция в легких возникает из взаимодействий между частицами и клетками. Возможность точно определить происхождение этих двух ключевых событий и количественно описать их была важной задачей. прорыв, поскольку он помог нам построить наш метод прогнозирования », – говорит Штёгер .

На шаг ближе к разработке материалов, обеспечивающих безопасность конструкции

Используя лишь небольшой набор данных измерений in vitro и объединив их с моделированием in silico, исследователи собрали информацию о токсичности наночастиц и сумели предсказать спектр воспаления легких (от острого до хронического), связанного с диапазон из 15 выбранных материалов.

Штёгер добавляет: «Возможность сделать такой прогноз означает, что мы можем сделать шаг ближе к разработке безопасных материалов. Это будет иметь серьезные последствия для безопасности, скорости и экономической эффективности новые материалы ».

Дополнительное преимущество: тестирование без животных

В настоящее время тестирование безопасности во многом зависит от исследований на животных. Хотя эксперименты на животных по-прежнему необходимы для механистических и хронических токсикологических исследований, они менее подходят для прогностических испытаний в рамках безопасного производства новых материалов.

Это исследование представляет альтернативную стратегию тестирования без использования животных, способную к высокопроизводительному тестированию и подключаемую к моделированию in silico.

Об исследовании

Результаты, опубликованные в этом исследовании, получены в результате совместного европейского исследовательского проекта под названием « SmartNanoTox – интеллектуальные инструменты для измерения наноопасностей» (проект EU Horizon 2020 № 686098). Этот проект является частью « Кластера нанообезопасности ЕС », который направлен на максимальное усиление синергии между проектами европейского уровня, направленными на безопасность материалов и технологий, обеспечиваемых использованием наноформ.

Источник: https://www.helmholtz-muenchen.de/en/helmholtz-zentrum-muenchen/index.html

Source link

Углеродные нанокомпозиты на один шаг ближе к практическому промышленному применению

Углеродные нанокомпозиты на один шаг ближе к практическому промышленному применению

]

Исследовательская группа из Центра дизайна, производства и материалов Сколтеха недавно опубликовала исследование, посвященное многофункциональным материалам, созданным путем добавления углеродных наночастиц к полимерным матрицам, которые позволяют проводить самодиагностический мониторинг с помощью недорогих техника.

Углерод-нанокомпозит после завершения процесса формования. После незначительных завершающих работ образец будет протестирован на пьезорезистивный отклик. Этим материалам можно придать практически любой размер и форму. Кредит изображения: Изображение было сделано в Лаборатории микро- и нано-механики, CDMM в Сколтехе.

Исследование, автором которого является аспирант Хасан Ахмад Батт из исследовательской группы профессора Сергея Абаимова, недавно было опубликовано в Composite Structures и является частью многофазного проекта по созданию самочувствительных материалов, которые могут быть включены и произведены с использованием существующих промышленных производственных маршрутов.

Поскольку требования к свойствам полимерных композитов с каждым годом растут во всем мире, углеродным наночастицам уделяется большое внимание, когда дело доходит до их добавления в такие системы материалов.

Исследования показали, что они могут улучшить требуемые механические свойства при относительно небольших количествах добавок, при этом позволяя конечному материалу быть электропроводящим и пьезорезистивным по своей природе. Однако внедрение углеродных наночастиц в крупномасштабное производство проблематично и требует интенсивной модернизации оборудования.

«Вот почему мы решили использовать суперконцентраты и промышленно доступные недорогие производственные технологии. Суперконцентраты можно хранить, транспортировать и включать в крупномасштабные производственные маршруты без необходимости дорогостоящего капитального ремонта. Практически каждое предприятие, имеющее дело с термореактивными полимерами. имеет простой смеситель », – сказал Хасан.

В исследовании изучается, как добавление углеродных наночастиц может изменить электрическую проводимость полимерных матриц и как она сама может измениться во время механической нагрузки, отслеживаться и, таким образом, связана с деформацией материала. В свою очередь, это устраняет необходимость в сложных методах мониторинга, поскольку простой мультиметр может определить ответ.

По сути, использование таких материалов может заменить датчики в критичных по весу системах, таких как конструкции самолетов, при этом сам материал может обеспечивать измерения. Те же материалы и производственный процесс могут быть использованы для производства электропроводящих материалов для таких применений, как печать электрических схем, электромагнитное экранирование и специальные датчики температуры и влажности.

Концепция материала не ограничивается этим конкретным производственным маршрутом, с возможной применимостью также пултрузия и вакуумная инфузия.

«Современные материалы находят применение в диапазоне от аэрокосмической сферы до специализированных датчиков. Материалы уникальны тем, что они могут быть увеличены в масштабе до структур или уменьшены для присоединения в качестве отдельных миниатюрных датчиков», – сказал Хасан.

Источник: https://www.skoltech.ru/en/[19459008visible

Source link

Нанокристаллы лантаноидов делают молекулярные триплетные экситоны ярче

Нанокристаллы лантаноидов делают молекулярные триплетные экситоны ярче

Ученые NUS разработали подход, позволяющий улучшить генерацию и сбор люминесценции молекулярных триплетов путем связывания их с наночастицами, легированными лантаноидами. Это нововведение позволяет по-новому взглянуть на взаимодействие нанокристаллов лантанидов и молекул в оптоэлектронной области.

F На рисунке показана схематическая иллюстрация легированной лантаноидом наночастицы, связанной с органическим полупроводником. Результаты исследования, проведенного командой, обеспечивают новый способ управления триплетными экситонами, что важно для оптоэлектронных исследований. Изображение предоставлено: HAN Sanyang.

Генерация, управление и передача триплетных экситонов (связанных электронно-дырочных пар) в молекулярных и гибридных системах – тема, представляющая большой интерес в различных дисциплинах, от физики и химии до материаловедения и биологии. Этот интерес обусловлен целым рядом потенциальных приложений, таких как излучение света молекулами, преобразование частоты фотонов, фотокатализ, зондирование и фотодинамическая терапия. Однако молекулярные триплеты – плохие излучатели света, поэтому используются специальные методы, чтобы обойти это ограничение. Эти методы включают спин-орбитальную связь на основе тяжелых металлов и настройку синглет-триплетного расщепления энергии. Однако оба этих подхода не подходят, поскольку они сосредоточены в основном на сборе световых выбросов от триплетов, и это налагает строгие ограничения на молекулярный дизайн.

Исследовательская группа под руководством профессора Сяоган ЛИУ из химического факультета NUS разработала новый подход к управлению светоизлучающими свойствами этих молекулярных триплетов путем связывания органических молекул с наночастицами, легированными лантаноидами (см. Рисунок). Это исследование проводится в сотрудничестве с профессором Ренреном ДЭНГ из Чжэцзянского университета, Китай, и профессором Акшаем РАО из Кембриджского университета, Великобритания. Используя их метод, молекулярные триплеты могут быть непосредственно созданы на органических молекулах путем поглощения фотонов. Это означает, что молекулы могут набирать энергию и переходить непосредственно из синглета основного состояния в триплеты возбужденного состояния.

Этот прямой оптический переход ранее был невозможен. Исследователи обнаружили, что переход может происходить в масштабе времени менее 10 пикосекунд с единичной эффективностью. Поскольку они связаны с наночастицами, легированными лантаноидами, эти триплетные экситонные состояния молекул могут затем подвергаться передаче энергии ионам лантанидов с единичной эффективностью, что позволяет испускать свет.

Профессор Лю сказал: « Мы решили давнюю экспериментальную задачу, с которой столкнулись ученые, работающие в оптоэлектронной области, и показали, что это эффективная стратегия для люминесцентного сбора молекулярных триплетов. Эти результаты также устанавливают новый метод манипулирования молекулярными триплетными экситонами и, как ожидается, откроют новые возможности для широкого круга дисциплин, включая триплетную сенсибилизацию, фотокатализ, оптоэлектронику, биомедицинскую терапию, зондирование и преобразование частоты фотонов »

Ссылка

Han S; Дэн Р *; Gu Q; Ni L; Huynh U; Чжан Дж; Yi Z; Чжао Б; Tamura H; Першин А; Сюй Н; Хуанг З; Ахмад С; Абди-Джалеби М; Садханала А; Тан ML; Бакулин А; Beljonne D; Лю X *; Рао А. *, «Неорганические наночастицы, допированные лантаноидами, делают молекулярные триплетные экситоны яркими», NATURE DOI: 10.1038 / s41586-020-2932-2.Published: 2020.

Источник: Национальный университет Сингапура, факультет естественных наук.

Source link

Квантовые наноалмазы могут быть использованы для сверхчувствительной диагностики

Квантовые наноалмазы могут быть использованы для сверхчувствительной диагностики

Квантовые способности наноалмазов могут быть использованы для повышения чувствительности бумажных диагностических тестов, потенциально позволяя раньше обнаруживать такие заболевания, как ВИЧ, согласно исследованию, проведенному исследователями UCL в i-sense Группа МакКендри.

Тесты бокового потока на бумаге работают так же, как тест на беременность, в том смысле, что полоска бумаги пропитывается образцом жидкости, и изменение цвета – или флуоресцентный сигнал – указывает на положительный результат и обнаружение вирусных белков или ДНК.

Они широко используются для обнаружения вирусов от ВИЧ до SARS-CoV-2 (тесты бокового потока на Covid-19 в настоящее время апробируются по всей Англии) и могут обеспечить быструю диагностику, поскольку результаты не нужно обрабатывать в лаборатории.

Новое исследование, опубликованное в Nature показало, что недорогие наноалмазы можно использовать для сигнализации о наличии маркера заболевания ВИЧ с чувствительностью, во много тысяч раз большей, чем у наночастиц золота, широко используемых в эти испытания.

Эта более высокая чувствительность позволяет обнаруживать более низкую вирусную нагрузку, что означает, что тест может выявить более низкие уровни заболевания или выявить заболевание на более ранней стадии, что имеет решающее значение для снижения риска передачи инфицированных людей и для эффективного лечения таких заболеваний, как как ВИЧ.

Исследовательская группа работает над адаптацией новой технологии для тестирования на COVID-19 и другие заболевания в ближайшие месяцы. Следующим ключевым шагом является разработка портативного устройства, которое может «считывать» результаты, поскольку этот метод был продемонстрирован с помощью микроскопа в лаборатории. Планируются также дальнейшие клинические оценочные исследования.

Ведущий автор, профессор Рэйчел МакКендри, профессор биомедицинских нанотехнологий в UCL и директор i-sense EPSRC IRC, сказала: «Наше экспериментальное исследование показывает, как квантовые технологии можно использовать для обнаружения сверхнизких уровней вируса. в образце пациентов, что позволяет поставить диагноз гораздо раньше.

«Мы сосредоточились на обнаружении ВИЧ, но наш подход очень гибкий и может быть легко адаптирован к другим заболеваниям и типам биомаркеров. Мы работаем над адаптацией нашего подхода к COVID-19. Мы считаем, что это новая революционная технология принесет пользу пациентам и защитит население от инфекционных заболеваний ».

Исследователи использовали квантовые свойства наноалмазов, изготовленных с точным несовершенством. Этот дефект в очень регулярной структуре алмаза создает так называемый азотно-вакансионный (NV) центр. NV-центры имеют множество потенциальных применений, от флуоресцентной биомаркировки для использования в сверхчувствительной визуализации до кубитов обработки информации в квантовых вычислениях.

NV-центры могут сигнализировать о присутствии антигена или другой целевой молекулы, испуская яркий флуоресцентный свет. В прошлом флуоресцентные маркеры были ограничены фоновой флуоресценцией образца или тест-полоски, что затрудняло обнаружение низких концентраций вирусных белков или ДНК, которые указывали бы на положительный результат теста.

Однако квантовые свойства флуоресцентных наноалмазов позволяют избирательно модулировать их излучение, то есть сигнал может быть зафиксирован на заданной частоте с помощью микроволнового поля и может быть эффективно отделен от фоновой флуоресценции, устраняя это ограничение.

Оптические результаты показали улучшение чувствительности на пять порядков (в 100 000 раз) по сравнению с наночастицами золота (то есть для генерации детектируемого сигнала требовалось гораздо меньшее количество наночастиц).

С включением короткого 10-минутного этапа амплификации при постоянной температуре, на котором размножались копии РНК, исследователи смогли обнаружить РНК ВИЧ на уровне отдельной молекулы в модельном образце.

Работа была продемонстрирована в лабораторных условиях, но команда надеется разработать тесты, чтобы результаты можно было считывать с помощью смартфона или портативного флюоресцентного ридера. Это означает, что в будущем тест можно будет проводить в условиях нехватки ресурсов, что сделает его более доступным для пользователей.

Первый автор Доктор Бен Миллер (научный сотрудник i-sense из Лондонского центра нанотехнологий в UCL) сказал: «Бумажные тесты поперечного потока с наночастицами золота не требуют лабораторного анализа, что делает их особенно полезными в в условиях нехватки ресурсов и ограниченного доступа к медицинскому обслуживанию. Они недороги, портативны и удобны в использовании.

«Однако этим тестам в настоящее время не хватает чувствительности для обнаружения очень низких уровней биомаркеров. Заменив обычно используемые наночастицы золота флуоресцентными наноалмазами в этой новой конструкции и выборочно модулируя их (и без того яркое) излучение света, мы смогли отделить свой сигнал от нежелательной фоновой флуоресценции тест-полоски, что значительно повысило чувствительность ».

Соавтор, профессор Джон Мортон, директор Института квантовой науки и технологий (UCLQ) UCL, сказал: «Это междисциплинарное сотрудничество между UCLQ и командой i-sense в LCN является фантастической иллюстрацией того, как фундаментальная работа в квантовых системах, таких как NV-центр в алмазе, могут развиваться из лаборатории и играть решающую роль в реальных приложениях в области зондирования и диагностики. Исследователи из UCLQ изучают и применяют влияние этих и других квантовых технологий, работая с промышленностью и другие академические исследовательские группы ".

Исследование было проведено междисциплинарной группой исследователей i-sense из UCL, UCLH и Оксфордского университета под руководством Лондонского центра нанотехнологий в UCL. i-sense – это междисциплинарное исследовательское сотрудничество (IRC), финансируемое Советом по исследованиям в области инженерных и физических наук Великобритании (EPSRC).

Эта работа финансировалась EPSRC Великобритании, Королевским обществом, Лондонским центром нанотехнологий, Европейским исследовательским советом H2020, Доверительным фондом UCLH NHS Foundation Trust и при поддержке Национального института медицинских исследований Университетского колледжа Лондонского больничного центра биомедицинских исследований.

Источник: https://www.ucl.ac.uk/

Source link

Ионное силовое поле предотвращает связывание белков с наночастицами

Ионное силовое поле предотвращает связывание белков с наночастицами

Наночастицы являются многообещающим средством доставки лекарств, предлагая возможность вводить лекарства непосредственно в определенную часть тела и избегать ужасных побочных эффектов, которые так часто наблюдаются при химиотерапевтических препаратах.

Но есть проблема. Наночастицы пытаются преодолеть первую линию защиты иммунной системы: белки в сыворотке крови, которые помечают потенциальных захватчиков. Из-за этого только около 1 процента наночастиц достигают намеченной цели.

«Никто не избежит гнева сывороточных белков», – сказал Эден Таннер, бывший научный сотрудник по биоинженерии Гарвардской школы инженерии и прикладных наук им. Джона А. Полсона (SEAS).

Теперь Таннер и группа исследователей во главе с Самиром Митраготри, профессором биоинженерии Хиллера и профессором биологической инженерии Хансйоргом Виссом в SEAS, разработали ионное силовое поле, которое предотвращает связывание белков и мечение наночастиц.

В экспериментах на мышах наночастицы, покрытые ионной жидкостью, выжили в организме значительно дольше, чем частицы без покрытия, и, что удивительно, 50 процентов наночастиц попали в легкие. Впервые ионные жидкости были использованы для защиты наночастиц в кровотоке.

«Тот факт, что это покрытие позволяет наночастицам скользить мимо белков сыворотки и перемещаться по эритроцитам, действительно удивительно, потому что как только вы научитесь эффективно бороться с иммунной системой, откроется множество возможностей, ", – сказал Митраготри, который также является основным преподавателем Гарвардского института биологической инженерии Висса

Исследование опубликовано в Science Advances .

Ионные жидкости, в основном жидкие соли, представляют собой хорошо настраиваемые материалы, способные удерживать заряд.

«Мы знали, что белки сыворотки очищают наночастицы в кровотоке, прикрепляясь к поверхности частицы, и мы знали, что определенные ионные жидкости могут либо стабилизировать, либо дестабилизировать белки», сказал Таннер, который сейчас доцент кафедры химии и биохимии Университета Миссисипи. «Вопрос был в том, можем ли мы использовать свойства ионных жидкостей, чтобы наночастицы могли незаметно проскальзывать мимо белков».

« Самое замечательное в ионных жидкостях состоит в том, что каждое небольшое изменение, которое вы вносите в их химический состав, приводит к значительному изменению их свойств», – сказала Кристин Хамадани, бывшая аспирантка SEAS и первый автор книги бумага. «Изменяя одну углеродную связь, вы можете изменить, притягивает она или отталкивает белки».

Хамадани в настоящее время учится в аспирантуре лаборатории Таннера в Университете Миссисипи.

Исследователи покрыли свои наночастицы ионной жидкостью гексеноатом холина, которая имеет отвращение к белкам сыворотки. Попадая в организм, эти покрытые ионной жидкостью наночастицы, по-видимому, спонтанно прикреплялись к поверхности эритроцитов и циркулировали, пока не достигли плотной капиллярной системы легких, где частицы отрезались от ткани легких.

«Это явление автостопа было действительно неожиданным открытием, », – сказал Митраготри. «Предыдущие методы автостопа требовали специальной обработки, чтобы наночастицы прикреплялись к эритроцитам, и даже тогда они оставались в заданном месте только около шести часов. Здесь мы показали, что 50 процентов введенной дозы все еще находится в легких. через 24 часа "

Исследовательской группе все еще необходимо понять точный механизм, объясняющий, почему эти частицы так хорошо проникают в ткань легких, но исследование демонстрирует, насколько точной может быть система.

«Это такая модульная технология», – сказала Таннер, которая планирует продолжить исследования в своей лаборатории в Университете Миссисипи. «Любая наночастица с измененной поверхностью может быть покрыта ионными жидкостями, и существуют миллионы ионных жидкостей, которые можно настроить для получения различных свойств. Вы можете настроить наночастицу и жидкость на определенные участки тела».

«Нам, как области, нужно как можно больше инструментов, чтобы бороться с иммунной системой и доставлять лекарства туда, куда им нужно, », – сказал Митраготри. «Ионные жидкости – новейший инструмент на этом фронте».

Соавтором исследования был Морган Дж. Гетц.

Источник: https://www.seas.harvard.edu/

Source link

Новое понимание взаимодействия света и материи в нанофотонных материалах

Новое понимание взаимодействия света и материи в нанофотонных материалах

Физики из Университета Констанца, Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене (LMU, Мюнхен) и Университета Регенсбурга успешно продемонстрировали, что ультракороткие электронные импульсы испытывают квантово-механический фазовый сдвиг из-за их взаимодействия со световыми волнами в нанофотонных материалах. , что может раскрыть функциональность наноматериалов. Соответствующие эксперименты и результаты представлены в последнем выпуске журнала Science Advances.

Нанофотонные материалы и метаматериалы

Многие материалы, встречающиеся в природе, могут влиять на электромагнитные волны, такие как свет, самыми разными способами. Однако для создания новых оптических эффектов с целью разработки особо эффективных солнечных элементов, маскирующих устройств или катализаторов часто требуются искусственные структуры, так называемые метаматериалы.

Эти материалы достигают своих экстраординарных свойств за счет сложной структуры на наномасштабе, то есть за счет сеткообразного расположения мельчайших строительных блоков на масштабах, значительно меньших длины волны возбуждения.

Определение характеристик и разработка таких метаматериалов требует глубокого понимания того, как падающие световые волны ведут себя, когда они попадают в эти крошечные структуры, и как они взаимодействуют с ними.

Следовательно, оптически возбужденные наноструктуры и их электромагнитные ближние поля должны быть измерены с пространственным разрешением в диапазоне нанометров (~ 10-9 м) и, в то же время, с временным разрешением ниже продолжительности цикла возбуждения. (~ 10-15 с). Однако этого нельзя достичь только с помощью обычной световой микроскопии.

Сверхбыстрая электронная дифракция на оптически возбужденных наноструктурах

В отличие от света, электроны имеют массу покоя и поэтому обеспечивают в 100000 раз лучшее пространственное разрешение, чем фотоны. Кроме того, электроны можно использовать для исследования электромагнитных полей и потенциалов из-за их заряда.

Группе под руководством профессора Питера Баума (Университет Констанца) теперь удалось применить чрезвычайно короткие электронные импульсы для достижения таких измерений.

С этой целью длительность электронных импульсов была сжата во времени с помощью терагерцового излучения до такой степени, что исследователи смогли детально разрешить оптические колебания электромагнитных ближних полей в наноструктурах.

Высокое пространственное и временное разрешение

" Задача, связанная с этим экспериментом, заключается в том, чтобы обеспечить достаточно высокое разрешение как в пространстве, так и во времени. Чтобы избежать эффектов пространственного заряда, мы используем только отдельные электроны за импульс и ускоряем эти электроны до энергии 75 килоэлектрон вольт »– объясняет профессор Питер Баум, последний автор исследования и руководитель рабочей группы по свету и материи на кафедре физики Констанцкого университета.

Рассеиваясь наноструктурами, эти чрезвычайно короткие электронные импульсы интерферируют сами с собой из-за своих квантово-механических свойств и создают дифракционное изображение образца.

Взаимодействие с электромагнитными полями и потенциалами

Исследование наноструктур с оптическим возбуждением основано на известном принципе экспериментов с накачкой и зондом. После оптического возбуждения ближних полей ультракороткий электронный импульс приходит в определенный момент времени и измеряет замороженные во времени поля в пространстве и времени.

«Согласно предсказаниям Ааронова и Бома, электроны испытывают квантово-механический фазовый сдвиг своей волновой функции при прохождении через электромагнитные потенциалы», объясняет Катрин Мохлер, докторант LMU в Мюнхене и впервые автор исследования.

Эти оптически индуцированные фазовые сдвиги предоставляют информацию о сверхбыстрой динамике света в наноструктурах, в конечном итоге создавая похожую на фильм последовательность изображений, которая показывает взаимодействие света с наноструктурами.

Новый режим приложения для электронной голографии и дифракции

Эти эксперименты иллюстрируют, как электронная голография и дифракция могут быть использованы в будущем для улучшения нашего понимания фундаментальных взаимодействий света и вещества, лежащих в основе нанофотонных материалов и метаматериалов. В долгосрочной перспективе это может даже привести к разработке и оптимизации компактной оптики, новых солнечных элементов или эффективных катализаторов.

Факты

  • Физикам из Университета Констанца, Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене и Университета Регенсбурга удалось наблюдать метаматериалы в реальном времени с помощью сверхбыстрой дифракции электронов.
  • Эксперименты, проведенные профессором Питером Баумом из Университета Констанца, демонстрируют, что ультракороткие электронные импульсы испытывают квантово-механический фазовый сдвиг из-за их взаимодействия со световыми волнами в нанофотонных материалах.
  • Это может раскрыть функциональность наноматериалов.
  • Улучшение понимания нанофотонных материалов и метаматериалов за счет новых режимов применения для электронной голографии и дифракции.
  • Оригинальная публикация: К. Дж. Молер, Д. Эбергер, И. Гронвальд, К. Ланге, Р. Хубер и П. Баум, Сверхбыстрая дифракция электронов на нанофотонных волновых формах через динамические фазы Ааронова-Бома, Science Advances, 20 ноября 2020 г. URL: https://advances.sciencemag.org/content/6/47/eabc8804

Источник: https://www.uni-konstanz.de/en/

Source link

Исследователи создают самый маленький в мире блок атомной памяти

Исследователи создают самый маленький в мире блок атомной памяти

Более быстрые, компактные, умные и энергоэффективные микросхемы для всего, от бытовой электроники до больших данных и интеллектуальных вычислений, вскоре могут появиться после того, как инженеры Техасского университета в Остине создали самое маленькое запоминающее устройство пока что. И в процессе они выяснили физическую динамику, которая открывает возможности плотного хранения памяти для этих крошечных устройств.

Исследование, опубликованное недавно в Nature Nanotechnology основано на открытии двухлетней давности, когда исследователи создали то, что было самым тонким запоминающим устройством. В этой новой работе исследователи еще больше уменьшили размер, уменьшив площадь поперечного сечения до одного квадратного нанометра.

Освоение физики этих устройств позволило сделать их намного меньше. Дефекты или дыры в материале являются ключом к разблокированию возможности хранения памяти высокой плотности.

«Когда еще один атом металла входит в эту наноразмерную дыру и заполняет ее, он передает часть своей проводимости материалу, и это приводит к изменению или эффекту памяти, », – сказал Деджи Акинванде, профессор кафедры электротехники и вычислительной техники.

Хотя они использовали дисульфид молибдена, также известный как MoS2, в качестве основного наноматериала в своем исследовании, исследователи полагают, что это открытие можно применить к сотням связанных атомарно тонких материалов.

Гонка за производством микросхем и компонентов меньшего размера – это мощность и удобство. С меньшими процессорами вы можете делать более компактные компьютеры и телефоны. Но уменьшение размеров микросхем также снижает их потребность в энергии и увеличивает емкость, что означает более быстрые и умные устройства, требующие меньше энергии для работы.

«Результаты, полученные в этой работе, открывают путь для разработки приложений будущего поколения, представляющих интерес для Министерства обороны, таких как сверхплотное хранилище, нейроморфные вычислительные системы, системы радиочастотной связи и многое другое, " сказал Пани Варанаси, программный менеджер Исследовательского офиса армии США, который финансировал исследование.

Первоначальное устройство, названное группой исследователей «атомристором», было в то время самым тонким запоминающим устройством, когда-либо зарегистрированным, с одним атомным слоем толщиной. Но уменьшение размера запоминающего устройства означает не только его тонкость, но и меньшее поперечное сечение

«Научный святой Грааль для масштабирования опускается до уровня, когда один атом управляет функцией памяти, и это то, что мы достигли в новом исследовании», Акинванде сказал.

Устройство Акинванде подпадает под категорию мемристоров, популярной области исследования памяти, сосредоточенной вокруг электрических компонентов со способностью изменять сопротивление между двумя его выводами без необходимости в третьем выводе посередине, известном как затвор. Это означает, что они могут быть меньше, чем сегодняшние устройства памяти, и иметь большую емкость.

Эта версия мемристора, разработанная с использованием передового оборудования в Окриджской национальной лаборатории, обещает производительность около 25 терабит на квадратный сантиметр. Это в 100 раз более высокая плотность памяти на слой по сравнению с имеющимися в продаже устройствами флэш-памяти.

Источник: https://www.utexas.edu/

Source link

Измерение обогащения раковых биомаркеров в экзосомах

Измерение обогащения раковых биомаркеров в экзосомах

Postnova Analytics сообщает, что исследователи из Университета штата Юта (Солт-Лейк-Сити, США) использовали новую комбинацию полевого фракционирования с асимметричным потоком и центробежного полевого фракционирования для измерения содержания биомаркеров рака в экзосомах.

Асимметричное фракционирование полевого потока (AF4) и центробежное фракционирование полевым потоком (CF3) – это методы разделения с высоким разрешением для фракционирования макромолекул и биологических наночастиц на основе их гидродинамического размера (AF4) и массы (CF3).

Экзосомы – это небольшие внеклеточные везикулы, содержащие нуклеиновую кислоту и белки, которые имеют большие перспективы для использования в диагностике рака и терапевтических приложениях. Поскольку характеристика экзосом оказалась сложной задачей с использованием традиционных методов разделения из-за присущей им гетерогенности и сложности, исследователи из Юты обратились к подходу множественного фракционирования для решения своей прикладной задачи.

Целью исследования было охарактеризовать MCF -7 образец экзосом опухоли по размеру с использованием AF4, сопряженного с многоугловым светорассеянием (MALS), и по массе с использованием CF3. Плотность экзосом во фракциях CF3 получали с использованием гидродинамического диаметра и плавучей массы, измеренных с помощью Nano Tracking Analysis (NTA) и CF3 соответственно. Фракции собирали по распределению по размеру и массе и анализировали с помощью полимеразной цепной реакции (ПЦР) для обогащения онкологического биомаркера микро-РНК21 (miR21).

Измерение обогащения раковых биомаркеров в экзосомах

Гетерогенная природа исследуемого образца экзосом была обнаружена, что сделало периодическое динамическое рассеяние света или измерения NTA подверженными ошибкам, и подчеркивает полезность методов полевого фракционирования для разделения и характеристики этих сложных биологических образцов. Исследование показало, что обогащение ракового биомаркера miR21 было самым высоким в экзосомах опухоли с наименьшим размером, наименьшей массой и наименьшей плотностью.

Копию отчета по применению, описывающего это исследование, можно найти на сайте https: // bit.ly/3lAu83A. Для получения дополнительной информации о фракционировании в полевом потоке с асимметричным потоком (AF4) и центробежном фракционировании в полевом потоке (CF3), используемых в этом исследовании, пожалуйста, свяжитесь с аналитиком Postnova Analytics по телефону + 49-8191-985-6880 / + 44-1885-475007 / +1 -801-521-2004 или [email protected] .

Source link

Новый проект превращает пластмассовые отходы в высокоценные углеродные нанотрубки

Новый проект превращает пластмассовые отходы в высокоценные углеродные нанотрубки

Правительство Уэльса поддерживает передовой научный проект в Университете Суонси, который превращает пластмассовые отходы в очень ценные соединения для энергетической промышленности.

Заместитель министра жилищного строительства и местного самоуправления, Ханна Блитин, вложит средства в проект по расширению масштабов производства пластмасс, который потенциально может создать высококвалифицированные рабочие места в Уэльсе.

Ученые извлекают атомы углерода из пластиковых отходов и превращают их в формат нанотрубок, которые можно использовать для передачи электричества.

Они производят пластиковые электрические кабели без медной проволоки внутри, которые могут использоваться в жилом и промышленном строительстве.

Старший преподаватель, доктор Элвин Орбек Уайт, который был принят в Уэльс из Массачусетского технологического института в рамках программы Wales Rising Star в качестве научного сотрудника Sêr Cymru II, возглавляет исследовательскую группу в ESRI в университете Суонси.

Доктор Орбэк Уайт уже разработал электрический провод, сделанный из углеродных нанотрубок из пластиковых отходов, который подходит для передачи электроэнергии и данных.

Его кабели передают музыку Баха для виолончели и были выставлены в Национальном музее набережной Суонси и в настоящее время выставлены в библиотеке материалов в Material ConneXion в Нью-Йорке.

Видение д-ра Орбека Уайта – продвигать глобальную энергетическую устойчивость путем производства материалов для передачи электроэнергии на большие расстояния из пластиковых отходов.

Доктор Орбек Уайт, первая научная публикация которого подробно описывала преобразование черного пластика, который он купил в местном супермаркете, сказал:

«Преобразование пластмасс в полезные материалы, такие как углеродные нанотрубки, может быть выполнено с использованием большого количества пластмасс.

Наша команда расширила список проблемных пластиков, включив в него PVdC – поливинилхлорид, полиэфиры и полипропилен, и это лишь некоторые из них. »

Это хорошая новость для работы, а также для природы, поскольку пластмассовые отходы забивают свалки и загрязняют океаны.

TrimTabs, инженерная фирма из Суонси, создающая технологические решения для положительного глобального воздействия, участвует в проекте и заявила: «Мы очень рады этому исследованию. Такая фундаментальная наука необходима для того, чтобы вырваться из текущий цикл рециркуляции ".

Доктор Орбек Уайт объяснил:

«Этот грант будет использован для тестирования большого количества пластмасс, которые проблематичны для традиционных технологий переработки.

Ключевая философия – искать решение проблемы изнутри. Пластмассы – это ресурс углерода и водорода, поэтому ключевым шагом является разработка методов химии и инженерии, позволяющих превратить углерод и водород в более полезные материалы; в этом случае они производят графен, углеродные волокна, выращенные из пара, и углеродные нанотрубки.

Этот капитальный грант будет использован для тестирования электрических и физических свойств проволоки из углеродных нанотрубок, для закупки испытательного оборудования для обеспечения производства высококачественных материалов из пластмасс и для расширения возможностей для замкнутого цикла. процесс химической переработки. Этот грант является показателем долгосрочной стратегии правительства Уэльса по циклической переработке пластика ".

Директор ESRI профессор Эндрю Бэррон сказал:

«Я считаю, что этот проект представляет собой уникальный подход к изменению разговора с пластика как отходов на пластиковые отходы, заменяющие углеводородные ресурсы».

Доцент Дезире Плата из Массачусетского технологического института сказала:

«Исследование доктора Орбека Уайта направлено на решение двух важных проблем, стоящих перед окружающей средой: переход к более эффективным и чистым источникам энергии и обеспечение новой жизни пластиковым отходам, удерживая их от попадания на сушу и на море. пример будущего, в котором мы все надеемся, когда отходы будут переопределены как ресурс! »

Какое прекрасное стремление взять то, что раньше выбрасывали в мусорное ведро, и вместо этого превратить его в родственника алмаза с еще более исключительными свойствами – графитовые наноматериалы! »

Основная проблема, с которой сталкивается восстановление пластмасс, заключается в том, что их часто приходится подвергать вторичной переработке; Эта новая работа открывает путь к вторичной переработке отходов в передовую электронику с добавленной стоимостью. Это мечта циркулярной экономики, и предлагаемые исследования должны помочь нам в этом.

Наноматериалы на основе углерода используются в самых разных областях по всему миру, но они часто получают из ископаемого топлива. Приятно думать, что однажды они могут быть получены из пластиковых отходов, что даст им обновленную жизнь в качестве передовых материалов »

Грант в размере 270 000 фунтов стерлингов будет предоставлен из Фонда циркулярной экономики правительства Уэльса.

Лесли Гриффитс, министр окружающей среды, энергетики и сельского хозяйства, сказал:

«После промышленной революции Уэльс часто был рассадником инновационных и изменяющих мир технологий – и мы хотим обеспечить сохранение высоких показателей, поскольку мы стремимся бороться с последствиями чрезвычайной климатической ситуации и продолжать развитие страны. на пути к экономике замкнутого цикла.

Новые технологии, подобные этой, помогут нам сократить отходы и сохранить используемые ресурсы как можно дольше.

Это ключевая часть действий, необходимых для борьбы с изменением климата, а также предоставляет значительные экономические возможности в рамках перехода к низкоуглеродной экономике ».

Источник: https://www.swansea.ac.uk/

Source link

Новый инструмент борьбы с терроризмом

Новый инструмент борьбы с терроризмом

Эксперты-криминалисты из Университета Флиндерса совершенствуют инновационный метод борьбы с терроризмом, который проверяет наличие ДНК окружающей среды в пыли на одежде, багаже, обуви или даже паспорте.

Д-р Дженнифер Янг, Научно-технический колледж, Эдинбургский университет

В рамках исследования, проводимого Флиндерсом под руководством научного сотрудника доктора Дженнифер Янг, будет разработана система для отслеживания источника пыли на подозрительных предметах, чтобы она соответствовала профилю почвы определенной области или зарубежной страны.

«Это может помочь предоставить доказательства того, куда мог путешествовать интересующий нас человек, на основании подписи ДНК в окружающей среде от пыли на их вещах», – говорит доктор Янг из Колледжа науки и инженерии в Флиндерсе. Университет.

«Эти микроскопические экологические следы, основанные на геохимическом, бактериальном и грибковом анализе почвы, дополнят и улучшат существующие инструменты судебной разведки», она говорит в новом исследовании в Forensic Science International: Genetics .

Проект получил грант Партнерства государственных оборонных инноваций (DIP) в размере почти 150 000 долларов на разработку разведывательного и криминалистического потенциала следов пыли в целях борьбы с терроризмом и национальной безопасности, в сотрудничестве с Федеральной полицией Австралии и партнерами из университетов (Университет г. Аделаида и Канберрский университет), чтобы сопоставить методы выделения и амплификации ДНК с профилями австралийской почвы из Geosciences Australia.

Профессор Линакр, заведующий кафедрой судебно-медицинской экспертизы ДНК в Flinders, говорит, что образцы окружающей среды служат идеальными формами следа контакта, поскольку обнаружение на месте происшествия может установить связь между подозреваемым, местонахождением и жертвой. «Образцы окружающей среды, извлеченные с помощью технологии« массового параллельного секвенирования », обеспечивают биологические сигнатуры сложных смесей ДНК и следовых количеств образцов с низкой биомассой», – говорит он .

Этот проект входит в число более чем 1 млн долларов финансирования, объявленных в четвертом раунде Фонда совместных исследований Defense Innovation Partnership.

InFoDust: разведывательный и криминалистический потенциал следов пыли для борьбы с терроризмом и национальной безопасности, возглавляемый доктором Янгом, позволит испытать новый метод с использованием эталонных данных о почве со всей Австралии, предоставленных партнером Geoscience Australia.

В этом проекте будет использоваться ряд почв с контрастирующими свойствами, чтобы понять взаимосвязь между биогеохимическими сигналами почвы и полученным сигналом пыли в контролируемых условиях, прежде чем вводить переменные окружающей среды посредством эксперимента «на месте».

Новая исследовательская статья Дж. М. Янга и А. Линакра «Массивно-параллельное секвенирование раскрывает потенциал экологических следов» (2021) доступна в Интернете в журнале Forensic Science International: Genetics Volume 50, January 2021 , 102393 DOI: 10.1016 / j.fsigen.2020.102393

Источник: https://www.flinders.edu.au/[19459008visible

Source link

Новый подход к микроскопии для наблюдения за динамикой низкомолекулярных лекарств

Новый подход к микроскопии для наблюдения за динамикой низкомолекулярных лекарств

На качество жизни людей во всем мире значительное влияние оказала успешная разработка лекарств.

Покадровая трехмерная SERS-визуализация поглощения малых молекул живыми клетками. Мы успешно наблюдали, что сигналы SERS от алкинов были первоначально обнаружены примерно через 10-15 минут после введения лекарства, и количество сигналов постепенно увеличивалось с течением времени. Концентрация вводимого лекарства составляла 20 мкМ. Изображение предоставлено: Университет Осаки.

Возможность отслеживать, как молекулы перемещаются в клетки-мишени, и визуализировать их действия, когда они оказываются внутри, необходима для определения лучших кандидатов.

Следовательно, методы анализа составляют важную часть процесса открытия лекарств. Работая вместе с RIKEN, ученые из Университета Осаки сообщили о процедуре, основанной на рамановской микроскопии, для наблюдения за низкомолекулярными лекарствами с использованием наночастиц золота. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Nano .

Обычно небольшие молекулы лекарств отслеживаются путем связывания их с флуоресцентными зондами, которые становятся видимыми при облучении светом. Затем можно использовать микроскопию для наблюдения таких молекул внутри клеток в режиме реального времени.

Но флуоресцентные молекулы могут быть тяжелыми и могут влиять на поведение маленьких молекул. Более того, некоторые флуоресцентные молекулы имеют тенденцию терять свою флуоресценцию при чрезмерном освещении, что затрудняет их просмотр во время длительных исследований.

Метка гораздо меньшего размера, называемая алкином, состоящая из тройных углерод-углеродных связей, является альтернативой флуоресцентным меткам.

Специфическое расположение атомов в алкинах не встречается в клетках в природе; таким образом, они предлагают очень специфический маркер. Более того, их небольшой размер означает, что алкины в наименьшей степени влияют на поведение малых молекул.

Вместо того, чтобы излучать флуоресценцию в присутствии лазерного света, алкины производят так называемый рамановский сигнал, который можно четко определить среди сигналов клеточного материала.

Но чрезвычайно трудно идентифицировать комбинационный сигнал алкиновых групп, когда их немного, из-за низкой эффективности комбинационного рассеяния. Следовательно, команда интегрировала алкиновую метку с наночастицами золота.

Микроскопия поверхностно-усиленного комбинационного рассеяния света (SERS) может возбуждать наночастицы золота, создавая улучшенные электрические поля, которые усиливают рамановский сигнал алкиновых групп, что упрощает их обнаружение.

Наш подход представляет собой комбинацию методов, которые использовались для отслеживания малых молекул в живых клетках. Золотые наночастицы являются особенно полезными посредниками для сообщения о присутствии алкиновых групп, потому что они усиливают алкинный сигнал, а также обеспечивают поверхность, с которой алкины любят взаимодействовать. Таким образом, два компонента естественным образом объединяются, чтобы генерировать усиленный сигнал .

Кота Койке, ведущий автор исследования, Университет Осаки

Наночастицы золота легко абсорбируются различными типами клеток, что делает этот метод широко применимым. Наночастицы получают доступ к лизосомным компартментам, присутствующим в клетке, и улучшают сигнал меченных алкинами молекул, которые позже достигают лизосом и взаимодействуют с ними.

Наша методика SERS имеет потенциал для использования с множеством различных типов клеток, а также с практически неограниченным числом кандидатов в лекарственные препараты. Это особенно интересно для открытия лекарств, где любые средства лучшего понимания динамики лекарств в реальном времени чрезвычайно важны для разработки .

Кацумаса Фудзита, автор исследования, Университет Осаки

Ссылка на журнал:

Koike, K., и др. . (2020) Количественная динамика лекарств, визуализированная с помощью меченной алкинами плазмонно-усиленной рамановской микроскопии. САУ Нано . doi.org/10.1021/acsnano.0c05010.

Источник: https://www.osaka-u.ac.jp/en[19459008

Source link

Пьезоуправляемый нанопозиционер XYZ компании PI позволяет использовать настольный нанопринтер BPL

Пьезоуправляемый нанопозиционер XYZ компании PI позволяет использовать настольный нанопринтер BPL

Основанный на конструкции с управляемым изгибом, пьезопозиционирующий столик PI P-611 сочетает в себе высокую точность и динамику в компактном корпусе. Этот каскад с замкнутым контуром, также известный как NanoCube ® обеспечивает диапазон перемещения 120 мкм с 3 степенями свободы – идеальное применение, например, для юстировки фотонных устройств и литографии с ручным лучом (BPL).

Одним из преимуществ BPL является его гибкость, позволяющая создавать произвольные программируемые шаблоны, независимо от фиксированных фотошаблонов, без необходимости создавать новый мастер для каждого варианта. Этот метод без масок экономит время и деньги, что делает его идеальным для создания прототипов.

Пьезосистема с замкнутым контуром PI управляет движущейся частью платформы серии TERA-print TERA-Fab ™ E. Пьезо-XYZ-столик точно перемещает подложку под решеткой пучка пера между световыми экспозициями и позволяет быстро восстанавливать произвольный узор с высоким разрешением – до 100 000 пикселей менее 250 нм за раз. Механизм нанопозиционирования приводится в действие специальными многослойными пьезоэлементами, керамическая оболочка которых обеспечивает защиту от влаги и влаги, что важно в биохимических приложениях.

Пьезоприводы с длительным сроком службы, достаточно хороши для НАСА

Пьезоэлектрический каскад XYZ приводится в действие с помощью керамических предварительно нагруженных и усиленных изгибом пьезоприводов PICMA ® которые обеспечивают лучшую производительность и надежность, чем пьезоприводы с традиционной изоляцией. Приводы, направляющие и датчики не требуют технического обслуживания, не подвержены износу, устойчивы к влажности и влаге, обладают исключительным сроком службы и экономичностью. В тестах надежности, проведенных NASA / JPL для полета на Марс, приводы выдержали 100 миллиардов циклов без сбоев.

Подробнее о приложении Desktop Nanoprinter »

Работаем с вами

Компоненты собственной разработки PI позволили клиентам по всему миру повысить свою производительность и технологические преимущества на протяжении пяти десятилетий. Располагая обширной базой стандартных пьезокомпонентов и материалов, а также продуктов для точного перемещения, PI может быстро изменить существующие конструкции или предоставить полностью индивидуализированное OEM-решение, соответствующее точным требованиям вашего приложения, от датчиков и преобразователей до автоматических микроскопов. блоки фокусировки, этапы быстрого позиционирования в многоосные системы автоматизации.

Источник: http://www.pi-usa.us/en/[19459007visible

Source link

Прогнозирование сил между наночастицами особой формы

Прогнозирование сил между наночастицами особой формы

В Университете Дьюка материаловеды разработали простой метод вычисления сил притяжения, которые позволяют наночастицам самостоятельно собираться в более крупные структуры.

Обзор подхода, использованного для вывода аналитических выражений для потенциала Ван-дер-Ваальсова взаимодействия между частицами для ограненных наночастиц. Модель претерпела ряд упрощений. Один блок нормализуется в стандартной позиции. Тогда предполагается, что другой блок представляет собой группу стержней. Считается, что любые стержни за пределами границ первого блока незначительны. Первый блок перемещается так, чтобы центрироваться на каждом стержне второго блока, в то время как его силы вычисляются и суммируются. Изображение предоставлено: Университет Дьюка.

Эта последняя модель, оснащенная графическим пользовательским интерфейсом, демонстрирующим ее возможности, позволит ученым делать прогнозы о том, как различные формы наночастиц будут взаимодействовать друг с другом – подвиг, который раньше был невозможен.

Новый метод предоставляет новые возможности для рационального развития этих частиц для множества применений, от запуска каталитических реакций до использования солнечной энергии. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nanoscale Horizons 12 ноября 2020 года.

Граненые наночастицы могут приводить к новому поведению сборки, которое ранее не исследовалось. Кубики, призмы, стержни и т. Д. – все они демонстрируют различные межчастичные взаимодействия, зависящие от расстояния и ориентации, которые можно использовать для создания уникальных сборок частиц, которые невозможно получить путем самосборки сферических частиц .

Брайан Хён Чжон Ли, первый автор исследования, аспирант в области машиностроения и материаловедения, Университет Дьюка

Гаурав Арья, доцент кафедры машиностроения и материаловедения в Университете Дьюка, добавил: « Каждый раз, просматривая последний набор опубликованных статей по нанотехнологиям, я вижу какое-то новое применение этих типов наночастиц. Но точное вычисление сил, которые сближают эти частицы на очень близком расстоянии, чрезвычайно затратно с точки зрения вычислений. »

Арья продолжил: « Теперь мы продемонстрировали подход, который ускоряет эти вычисления в миллионы раз, при этом лишь немного теряя точность ».

Рабочие силы между наночастицами называются силами Ван-дер-Ваальса. Такие силы вызываются небольшими, мимолетными изменениями плотности электронов, вращающих атомы в соответствии со сложными законами квантовой физики.

Хотя такие силы слабее по сравнению с другими межмолекулярными взаимодействиями, такими как водородные связи и кулоновские силы, они распространены и действуют между всеми атомами, обычно управляя результирующим взаимодействием, которое происходит между частицами.

Чтобы точно учесть эти силы Ван-дер-Ваальса между частицами, важно вычислить эти силы, которые действуют всеми атомами в частице на все атомы в соседней частице. Даже если бы обе частицы-мишени были крошечными кубиками размером менее 10 нм, количество вычислений, суммирующих эти межатомные взаимодействия, было бы в диапазоне десятков миллионов.

Легко понять, почему попытки делать это неоднократно для множества частиц в различной ориентации и расположенных в разных положениях в многочастичном моделировании быстро становятся невозможными.

Было проделано много работы, чтобы сформулировать суммирование, которое приближается к аналитическому решению. Некоторые подходы рассматривают частицы как состоящие из бесконечно малых кубиков, склеенных вместе. Другие пытаются заполнить пространство бесконечно тонкими круглыми кольцами .

Гаурав Арья, доцент кафедры машиностроения и материаловедения, Университет Дьюка

Арья продолжил: « Хотя эти стратегии дискретизации объема позволили исследователям получить аналитические решения для взаимодействий между простыми геометриями частиц, такими как параллельные плоские поверхности или сферические частицы, такие стратегии не могут использоваться для упрощения взаимодействий между фасеточными частицами из-за к их более сложной геометрии . »

Чтобы решить эту проблему, Ли и Арья использовали другой метод, сделав ряд упрощений. На начальном этапе команда продемонстрировала, что вместо кубических элементов частица состоит из стержневых элементов разной длины, расположенных вместе.

Модель впоследствии предполагает, что стержни, выступы которых выходят за пределы расчетной границы другой частицы, вносят незначительный вклад в общую энергию взаимодействия. Остальные стержни вносят энергию, которая, как также считается, уравновешивает энергии стержней одинаковой длины. Эти стержни расположены на том же обычном расстоянии, что и настоящие стержни, но с нулевым боковым смещением.

Окончательный трюк состоит в том, чтобы аппроксимировать зависимость энергии между стержнем и частицей от расстояния с помощью степенных функций. Эти функции имеют решения в замкнутой форме, особенно когда расстояния линейно различаются с поперечным расположением реальных стержней, как в случае с плоскими взаимодействующими поверхностями граненых частиц.

После того, как все эти упрощения сделаны, аналитические решения, предназначенные для межчастичных энергий, могут быть достигнуты, позволяя компьютеру проходить через них. Хотя может показаться, что эти решения вносят значительный объем ошибок, команда отметила, что результаты были всего на 8% ниже реального решения для всех конфигураций частиц и всего на 25% в худшем случае.

Хотя исследователи в основном использовали для своих исследований кубы, они отметили, что этот метод также работает с квадратными пирамидами, квадратными стержнями и треугольными призмами.

В зависимости от материала и формы наночастиц новый метод моделирования может повлиять на множество полей. Например, золотые или серебряные нанокубы с границами, проксимальными друг к другу, могут использовать и направлять свет в мельчайшие «горячие точки». Это может предоставить возможность для катализирования химических реакций или для разработки более совершенных сенсоров.

Это первый случай, когда кто-либо предложил аналитическую модель ван-дер-ваальсовых взаимодействий между фасетными частицами. Несмотря на то, что нам еще предстоит применить ее для вычисления межчастичных сил или энергии в рамках молекулярной динамики или моделирования сборки частиц методом Монте-Карло мы ожидаем, что эта модель ускорит такое моделирование на целых десять порядков ].

Гаурав Арья, доцент кафедры машиностроения и материаловедения, Университет Дьюка

Исследование финансировалось Национальным научным фондом (награда CMMI 1636356, ACI-1053575).

Ссылка на журнал:

Ли, Б. Х.-Дж., (2020) Аналитический потенциал ван-дер-ваальсового взаимодействия для граненых наночастиц. Наноразмерные горизонты . doi.org/10.1039/d0nh00526f.

Источник: https://pratt.duke.edu/[19459008visible

Source link

Новый наногель на основе ДНК для адресной доставки химиотерапевтических средств

Новый наногель на основе ДНК для адресной доставки химиотерапевтических средств

Текущие режимы химиотерапии замедляют прогрессирование рака и спасают жизни, но эти мощные лекарства влияют как на здоровые, так и на раковые клетки.

Теперь исследователи, сообщающие в ACS ' Nano Letters разработали наногели на основе ДНК, которые только расщепляют и высвобождают свое химиотерапевтическое содержимое в раковых клетках, сводя к минимуму воздействие на нормальные клетки и потенциально устраняя болезненные и неудобные стороны. эффекты.

После проглатывания или инъекции химиотерапевтические препараты перемещаются по телу, без разбора поражая здоровые клетки вместе с теми, которые ответственны за болезнь.

Поскольку многие из этих препаратов токсичны для всех клеток, желаемое уменьшение опухоли может сопровождаться нежелательными побочными эффектами, такими как выпадение волос, проблемы с желудочно-кишечным трактом и усталость. Наногели, состоящие из ДНК, являются одним из способов доставки этих лекарств, но они все равно проникают во все клетки.

Тяньху Ли, Тек-Пенг Ло и его коллеги пришли к выводу, что биомаркеры – белки или другие компоненты, которые присутствуют в различных количествах в раковых клетках и их здоровых аналогах – могут играть роль в разрушении наногеля, вызывая его высвобождение. его содержание только в злокачественных.

Биомаркер под названием FEN1, фермент репарации, который разрезает определенные типы ДНК, присутствует в больших количествах в раковых клетках по сравнению со здоровыми. Исследователи хотели посмотреть, смогут ли они создать наногель ДНК, который будет специфически разлагаться в раковых клетках под действием FEN1.

Чтобы создать наногели ДНК, исследователи использовали специальные структуры ДНК, которые FEN1 мог распознавать и разрезать. В бесклеточных системах исследователи заметили, что наногели на основе ДНК разрушаются FEN1, но не другими ферментами или соединениями репарации ДНК.

Когда живые клетки инкубировали с наногелями на основе ДНК, у здоровых не было достаточного количества FEN1 для их расщепления, а у раковых клеток было. Когда химиотерапевтические препараты доксорубицин и винорелбин были включены в наногель, клетки рака груди человека умирали быстрее, чем нормальные здоровые клетки груди.

Эти данные показывают, что наногели на основе ДНК могут вводить лекарства в раковые клетки с высокой специфичностью, снижая риск побочных эффектов.

Исследователи говорят, что наногели также можно использовать в качестве зондов для биомаркерного фермента, помогая врачам более точно диагностировать рак по сравнению с существующими методами.

Авторы выражают признательность за финансирование Северо-Западному политехническому университету в Китае и Агентству науки, технологий и исследований в Сингапуре.

Реферат, прилагаемый к этой статье, доступен здесь.

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

Source link

Патенты Global Graphene Group на литий-металлические батареи – ключ к будущему электромобилей

Патенты Global Graphene Group на литий-металлические батареи - ключ к будущему электромобилей

Global Graphene Group (G 3 ) объявляет о выдаче 8 ключевых патентов на технологию литий-металлических батарей большой дальности. Этот набор запатентованных решений является основополагающим для OEM-производителей электромобилей в разработке твердотельных или литий-металлических аккумуляторов, энергоемких аккумуляторов, которые обеспечат электромобилям увеличенный запас хода без подзарядки. Эта технология обеспечит широкое распространение электромобилей на рынке. Патенты были утверждены в период с мая по ноябрь 2020 г.

Литиевая батарея состоит из четырех компонентов: катода, анода, сепаратора и электролита. Запатентованные технологии G 3 обеспечивают не только точное количество и качество ингредиентов, но и то, как мы их комбинируем и готовим, поскольку не все литиевые батареи одинаковы. Состав основного сырья, плотность энергии и мощности, безопасность, срок службы и т. Д. – все это было тщательно исследовано, проверено и оценено нашей группой экспертов в данной области.

В частности, эти патенты обращаются к трем наиболее важным проблемам, связанным с литий-металлическими батареями:

  1. Реакции жидкого электролита и металлического лития
  2. Внутреннее замыкание, вызванное дендритами лития, и образование неактивных частиц лития
  3. Большой зазор между твердым электролитом и электродом и высокое межфазное сопротивление

Эти проблемы могут вызвать проблемы с безопасностью, включая опасность возгорания и снижение плотности энергии, что снижает производительность и срок службы батареи электромобиля.

G 3 обладает всеми необходимыми технологиями и опытом для преодоления технических барьеров, которые до сих пор препятствовали появлению литий-металлических батарей следующего поколения.

«Твердотельные литий-металлические батареи – это« святой Грааль »для OEM-производителей электромобилей», – сказал д-р Бор Джанг, соучредитель и генеральный директор G 3 . «У современных литий-металлических батарей есть проблемы с анодом. Например, когда батарея разряжается, в аноде образуется зазор, который снижает производительность батареи. Запатентованная технология анода на основе эластичного полимера G 3 создает защитный слой, который устраняет эту проблему. Наша запатентованная технология является лидером в области анодных защитных слоев для твердотельных литий-металлических батарей ».

«Производители электромобилей сосредоточены на переходе на твердотельные литий-металлические батареи для будущего расширения рынка электромобилей», – сказал Адам Квирк, G 3 вице-президент по развитию бизнеса . «Твердотельные батареи имеют более высокую плотность энергии, что означает, что люди могут ездить дальше на одной зарядке. Но OEM-производители электромобилей должны будут использовать патенты G 3 на защиту металлического лития для разработки безопасных и высокопроизводительных твердотельных батарей »

.

«Мы очень рады этой технологии и работаем с компаниями, которые будут сотрудничать с нами, чтобы воплотить эту новую технологию в жизнь для твердотельных батарей», – сказал Квирк.

G 3 планирует провести 9 декабря веб-семинар, чтобы обсудить свои патенты на защиту металлических литиевых анодов. Регистрация на бесплатный вебинар уже доступна по адресу https://bit.ly/32V7pbl.

Источник: https://www.theglobalgraphenegroup.com/[19459009provided

)

Source link

Наноразмерный метод строительства может помочь в борьбе с подделками инструментов

Наноразмерный метод строительства может помочь в борьбе с подделками инструментов

]

Ученые разработали новую технику строительства в наномасштабе, которая может помочь в создании эксклюзивных инструментов для защиты от подделки и химического распознавания, которые можно использовать с человеческими глазами.

Хэю Чжан и его сотрудник Калум Киннер работают в лаборатории нанонауки в школе химии Мельбурнского университета. Кредит изображения: Гаван Митчелл и Мишель Гоф (Мельбурнский университет / Exciton Science)

Впервые исследователи из Центра передового опыта в области экситонной науки ARC успешно расположили крошечные золотые стержни по точным схемам и в количестве, достаточном для практического использования. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Functional Materials .

Эти золотые стержни можно расположить так, чтобы получить диапазон цветов, которые меняются в зависимости от того, как они наблюдаются. Это делает их отличным средством защиты от подделки. Например, если они используются в паспорте или банкноте, они могут быть полезны для таможенных агентов или кассиров.

Кроме того, они могут быть изменены, чтобы они становились разного цвета, когда присутствуют химические вещества, что служит предупреждением об опасных уровнях оксида углерода и других газов. Эти эффекты были отмечены ранее, но было невозможно сделать их такого размера, который можно было бы наблюдать невооруженным глазом. Требовалась новая технология химической сборки.

В доме легко найти подходящие кирпичи. В меньшем масштабе дети могут делать то же самое с Lego. Но как можно построить что-то точно в наномасштабе?

Нанометр примерно равен одной миллиардной размера 1 м. С другой точки зрения, толщина листа бумаги составляет 100 000 нм, а ногти человека растут почти на 1 нм каждую секунду. Следовательно, для решения этой сложной задачи необходимо перейти на субатомный уровень.

Однако Хэю Чжан, ведущий автор исследования и кандидат наук в Мельбурнском университете, применил метод, называемый электрофоретическим осаждением (EPD).

Вся идея моей докторской диссертации состоит в том, чтобы иметь возможность лучше контролировать отдельные наночастицы. Строители строят дома, кирпич за кирпичиком, и каждый кирпич они могут положить там, где захотят. Я хочу использовать наночастицы аналогичным образом. Но в нанометровом масштабе вы не можете перемещать наночастицы самостоятельно. Они невидимы. Вам нужно использовать метод, чтобы толкнуть частицу в определенное положение .

Хэю Чжан, кандидат наук, Мельбурнский университет

В методе EPD к материалам прикладывается электрическое поле определенной напряженности, и используется разделение положительных и отрицательных зарядов, чтобы толкать стержни на место.

У вас есть положительный потенциал, и если частица отрицательна, они притягиваются друг к другу. Если у меня есть положительный потенциал на стороне стены и в стене есть несколько отверстий, частица может притягиваться только к этим отверстиям .

Хэю Чжан, кандидат наук, Мельбурнский университет

Используя эту технику, Хэю и его команда могли создавать коллекции из более чем одного миллиона наностержней на квадратный миллиметр, используя шаблоны по своему выбору.

Помимо защиты от подделки и химического контроля, метод сборки может найти применение в эффективном освещении, смартфонах, возобновляемых источниках энергии и ноутбуках.

Ссылка на журнал:

Zhang, H., и др. . (2020) Прямая сборка вертикально ориентированных массивов золотых наностержней. Современные функциональные материалы . doi.org/10.1002/adfm.202006753.

Источник: https://excitonscience.com/[19459008visible

Source link

Новая технология на основе нанодисков Gold может улучшить диагностику

Новая технология на основе нанодисков Gold может улучшить диагностику

]

Что касается визуализации мельчайших наночастиц, существующие передовые методы имеют очевидные ограничения, из-за чего ученым трудно изучать вирусы и другие структуры на молекулярном уровне.

Ученые сообщили о новой технологии оптического изображения, использующей стеклянную сторону, покрытую золотыми нанодисками, что позволяет им отслеживать изменения в пропускании света и определять характеристики наночастиц диаметром всего 25 нм. Изображение предоставлено: Университет Хьюстона.

Исследователи из Хьюстонского университета (UH) и онкологического центра доктора медицины Андерсона Техасского университета разработали новую оптическую технологию визуализации наноразмерных объектов, которая включает использование нерассеянного света для обнаружения наночастиц размером всего 25 нм. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications .

Технология, получившая название PANORAMA, предполагает использование стеклянных слайдов, покрытых золотыми нанодисками, что позволяет исследователям отслеживать изменения в пропускании света и определять характеристики цели.

PANORAMA – это аббревиатура от Plasmonic Nano-aperture Label-Free Imaging (Плазмонная наноапертурная визуализация без этикеток), обозначающая основные характеристики технологии. PANORAMA может использоваться для обнаружения, подсчета и определения размера отдельных диэлектрических наночастиц.

По словам Вэй-Чуан Ши, профессора электротехники и компьютерной инженерии в UH и соответствующего автора статьи, это самый маленький прозрачный объект, который можно отобразить с помощью обычного микроскопа с размерами от 100 до 200 нм. Это главным образом потому, что, помимо того, что они такие маленькие, они не поглощают, отражают или «рассеивают» достаточно света, который мог бы позволить системам визуализации обнаружить их существование.

Другой распространенный метод – это маркировка. Ученым необходимо что-то знать об анализируемой частице – например, о том, что у вируса есть спайковый белок – и разработать метод пометки этого свойства флуоресцентным красителем или какой-либо другой метод, облегчающий обнаружение частицы.

В противном случае он будет казаться невидимым, как крошечная частица пыли под микроскопом, потому что он слишком мал для обнаружения .

Вэй-Чуань Ши, автор исследования, профессор электротехники и вычислительной техники, Хьюстонский университет

Другой недостаток заключается в том, что маркировка выгодна только в том случае, если ученые уже имеют хотя бы некоторые знания о частице, которую они собираются анализировать.

С PANORAMA вам не нужно навешивать ярлыки . Вы можете просматривать его напрямую, потому что PANORAMA не полагается на обнаружение рассеянного света от наночастицы .

Вэй-Чуань Ши, автор исследования, профессор электротехники и вычислительной техники, Хьюстонский университет

Система, скорее, позволяет ученым обнаруживать прозрачную цель размером всего 25 нм, отслеживая передачу света через предметное стекло, покрытое золотыми нанодисками. Близлежащие наночастицы можно обнаружить, наблюдая за изменениями в освещении.

Система оптической визуализации – это обычный светлопольный микроскоп, который обычно можно найти в любой лаборатории. Для PANORAMA не нужны лазеры или интерферометры, необходимые в некоторых других технологиях получения изображений без этикеток.

Согласно данным, предел размера не достигнут. Мы остановились на наночастицах размером 25 нм просто потому, что это самые маленькие наночастицы полистирола на рынке .

Вэй-Чуан Ши, автор исследования, профессор электротехники и вычислительной техники, Хьюстонский университет

Помимо Ши, в проекте участвовали аспиранты Нарег Оганесян и Ибрагим Мисбах из UH, а также доктор Стивен Х. Лин из отделения радиационной онкологии онкологического центра им. М. Д. Андерсона.

Справка журнала

Оганесян Н., и др. . (2020) Плазмонная наноапертурная визуализация без меток (PANORAMA). Nature Communications . doi.org/10.1038/s41467-020-19678-w.

Источник: https://www.uh.edu/[19459008visible

Source link

Версия для печати Двумерные сверхпроводящие монослои

Версия для печати Двумерные сверхпроводящие монослои

Ученые NUS разработали масштабируемый метод электрохимического расслоения для синтеза двумерного (2D) сверхпроводящего материала для использования в технологиях печати. ​​

На рисунке (а) показаны образцы атомных моделей NbSe2 и статуи мерлиона, изготовленные с использованием расслоенных хлопьев и технологии 3D-печати. На рисунке (b) показана фотография расслоенных хлопьев, диспергированных в растворителе, для ряда 2D-материалов. [Credit: Nature Materials]

Высококристаллические двумерные сверхпроводники из дихалькогенидов переходных металлов и связанные с ними (ван-дер-ваальсовы) гетероструктуры предоставляют богатую платформу для исследования новой квантовой физики и экзотической сверхпроводимости. Это связано с их двумерной нецентросимметричной решеткой с сильным спин-орбитальным взаимодействием.

Исследовательская группа NUS под руководством профессора LU Jiong из химического факультета NUS в сотрудничестве с профессором Костей С. Новоселов из материаловедения и инженерии NUS разработала универсальный метод электрохимического эксфолиации для синтеза высококристаллических двух -мерные сверхпроводящие монослои (2DSC). Эти монослои 2DSC получают в виде стабильной суспензии с выходом монослоя до 75%. Их можно использовать для создания искусственно созданных структур, обладающих сверхпроводящими свойствами. Это включает в себя печать двумерных сверхпроводящих проводов на уровне пластины и создание сверхпроводящих композитов с использованием методов трехмерной печати (см. Рисунок (а)).

В этом методе используется совместная интеркаляция катионов аммония, сольватированных с большим количеством нейтральных молекул растворителя, для отделения двумерных монослоев от трехмерных массивов. Эта стратегия не только обеспечивает достаточную интеркаляцию различных слоистых кристаллов, но также значительно снижает чрезмерную зарядку и структурные повреждения слоистых хозяев. Это очень важно для отшелушивания высококачественных монослоев 2DSC большого размера. Успешное расслоение семи прототипных монослоев 2DSC, диспергированных в растворе, показано на рисунке (b). Кроме того, монослойная суспензия 2DSC может быть использована для изготовления искусственных ван-дер-ваальсовых гетероструктур, которые ведут себя как периодические массивы джозефсоновских переходов, которые потенциально могут быть использованы при изготовлении новых сверхпроводящих устройств

.

Профессор Лу сказал: «Этот универсальный подход к электрохимическому отшелушиванию может использоваться для масштабируемого производства библиотеки обрабатываемых в растворе высококристаллических монослоев 2DSC, предлагая огромный технологический потенциал для разработки новых свойств материалов, недоступных для всех. существующих слоистых структур »

Ссылка

Ли Дж; Песня P; Zhao JP; Ваклинова К; Чжао XX; Li ZJ; Qiu ZZ; Wang ZZ; Lin L; Чжао М; Herng TS; Zuo YX; Джонсон В; Yu W; Hai X; Лю П; Xu HM; Ян ХМ; Chen C; Pennycook S; Ding J; Teng JH; Нето AC; Новоселов К *; Лу Дж. *, «Печатные 2D сверхпроводящие монослои» ПРИРОДА МАТЕРИАЛОВ DOI: 10.1038 / s41563-020-00831-1 Опубликовано: 2020.

Источник: https://www.science.nus.edu.sg/[19459008visible

Source link

Синтетические белковые наночастицы преодолевают барьер между кровью и мозгом и доставляют лекарства, убивающие рак

Синтетические белковые наночастицы преодолевают барьер между кровью и мозгом и доставляют лекарства, убивающие рак

«Я работал в этой сфере более 10 лет и не видел ничего подобного»

Новые синтетические белковые наночастицы, способные преодолевать почти непроницаемый гематоэнцефалический барьер у мышей, могут доставлять лекарства, убивающие рак, непосредственно к злокачественным опухолям мозга, как показывает новое исследование Мичиганского университета.

В исследовании впервые продемонстрировано, что внутривенное лекарство может преодолевать гематоэнцефалический барьер.

Это открытие может однажды позволить создать новые клинические методы лечения глиобластомы, наиболее распространенной и агрессивной формы рака мозга у взрослых, заболеваемость которой растет во многих странах. Сегодня средняя выживаемость пациентов с глиобластомой составляет около 18 месяцев; средняя 5-летняя выживаемость ниже 5%.

В сочетании с лучевой терапией внутривенные инъекции команды UM привели к долгосрочному выживанию семи из восьми мышей. Когда эти семь мышей испытали рецидив глиобластомы, их иммунные ответы сработали, чтобы предотвратить повторный рост рака – без каких-либо дополнительных терапевтических препаратов или других клинических методов лечения.

«Это все еще остается для нас чем-то вроде чуда», – сказал Йорг Лаханн, профессор химической инженерии Вольфганга Паули и соавтор исследования. «Там, где мы ожидаем увидеть некоторые уровни роста опухоли, они просто не образовались, когда мы повторно проверили мышей. Я работал в этой области более 10 лет и не видел ничего подобного» [.

Результаты показывают, что комбинация терапевтических препаратов и методов доставки наночастиц командой UM не только уничтожила первичную опухоль, но и привела к иммунологической памяти или способности быстрее распознавать и атаковать оставшиеся злокачественные раковые клетки.

«Это огромный шаг на пути к клинической реализации», – сказала Мария Кастро, R.C. Шнайдер, профессор нейрохирургии и соавтор исследования. «Это первое исследование, демонстрирующее способность доставлять терапевтические препараты системно или внутривенно, которые также могут преодолевать гематоэнцефалический барьер и достигать опухолей».

Пять лет назад Кастро знала, как она хочет бороться с глиобластомой. Она хотела остановить сигнал, который посылают раковые клетки, известный как STAT3, чтобы обманом заставить иммунные клетки обеспечить им безопасный проход внутри мозга. Если бы она могла закрыть этот путь с помощью ингибитора, раковые клетки были бы обнажены, и иммунная система могла бы их устранить. Но у нее не было способа преодолеть гематоэнцефалический барьер.

Она посетила семинар в Институте биоинтерфейсов, который возглавляет Лаханн, и они обсудили проблему. Команда Лаханна начала работу над наночастицей, которая могла бы переносить ингибитор STAT3 через гематоэнцефалический барьер.

Белок, называемый человеческим сывороточным альбумином, который присутствует в крови, является одной из немногих молекул, которые могут преодолевать гематоэнцефалический барьер, поэтому команда Лаханна использовала его в качестве структурного строительного блока для своих наночастиц. Они использовали синтетические молекулы, чтобы связать эти белки, а затем присоединили ингибитор STAT3 и пептид, называемый iRGD, который служит устройством нахождения опухоли.

В течение трех недель когорта мышей получала несколько доз нового наномедицина, что увеличило их среднюю выживаемость до 41 дня по сравнению с 28 днями для тех, кто не лечился. После этого успеха команда провела второе исследование на мышах с использованием препарата наряду с нынешним стандартом лечения: целенаправленной лучевой терапией. Семь из восьми мышей достигли длительного выживания и оказались полностью свободными от опухолей, без признаков злокачественных инвазивных опухолевых клеток.

Исследователи говорят, что их синтетические белковые наночастицы могут быть использованы после доработки и доклинических испытаний для доставки других низкомолекулярных препаратов и методов лечения для лечения опухолей на твердой основе, которые в настоящее время не поддаются лечению.

Исследование «Системная доставка синтетических белковых наночастиц в опухоль головного мозга для терапии глиобластомы» опубликовано в Nature Communications.

Работа была поддержана Национальным институтом здравоохранения и Национальным институтом неврологических расстройств и инсульта, Медицинским исследовательским фондом доктора Ральфа и Мэриан Фальк – программой Catalyst Awards, отделением нейрохирургии UM, Институтом биоинтерфейсов UM, Leah's Happy Hearts, Фонд ChadTough и Фонд «Улыбки для Софи навсегда». U-M подала заявку на патентную защиту.

Лаханн также является профессором материаловедения и инженерии; биомедицинская инженерия; и макромолекулярная наука и инженерия в Инженерном колледже U-M. Кастро – профессор нейрохирургии, клеточной биологии и биологии развития в Медицинской школе UM

Источник: http://www.umich.edu/

Source link

Британская компания запускает линейку продуктов, сокращающих распространение вирусов на ощупь

Британская компания запускает линейку продуктов, сокращающих распространение вирусов на ощупь

Компания Veraco, базирующаяся в Лондоне, разработала и изготовила ряд противомикробных адгезивных подушечек и оберток для использования на часто затрагиваемых поверхностях, таких как дверные ручки, тележки для покупок и поручни. Они используют технологию «ионов серебра», которая разрушает биологический состав микроорганизмов, чтобы остановить распространение и размножение опасных патогенов.

Эти продукты убивают до 99,99% обычных бактерий, а также эффективны против коронавируса. Технология антимикробного серебра не нова и использовалась в красках и покрытиях для больниц, но до сих пор никто не производил разнообразных решений, которые можно было бы легко установить где угодно.

Несколько исследований показали, что вирусы, включая COVID19, могут выживать на поверхности в течение нескольких дней, и хотя мы все гораздо более осторожны при мытье рук, иногда люди забывают. Эти продукты работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, мгновенно и до 2 лет после установки. Они уже работают с NHS, Toyota, London Metropolitan University и COS.

Соучредитель Джордж Стронг сказал: «В мире после COVID мы будем гораздо больше заботиться о гигиене. Люди будут по-прежнему стараться не прикасаться к общественным дверям, ручкам, экранам и т. Д., И у бизнеса будут постоянные надежды на поддержку этого изменения в поведении. Эта пандемия изменила стандарты гигиены, и мы рассматриваем нашу продукцию как часть установления этого стандарта во всем мире ».

Соучредитель Чарльз Черчман сказал: «Мы знали, что технология работает, но мы также хотели создавать продукты, которые хорошо выглядели и были бы действительно просты в использовании. У нас есть ассортимент различных форм и размеров, а также мы можем изготовить индивидуальный дизайн для наших торговых клиентов. В будущем нет причин, по которым любая часто затрагиваемая поверхность не могла бы быть защищена »

Источник: https://www.thesafepad.co.uk/[19459008visible

Source link

Park Systems объявляет о нано-научном симпозиуме в Азии

Park Systems объявляет о нано-научном симпозиуме в Азии

Park Systems и NanoScientific Publications объявляют о нано-научном симпозиуме в Азии, который состоится виртуально 24-25 ноября 2020 г. Это мероприятие предназначено для исследователей и ученых в области нанонауки, чтобы узнать о последних исследованиях, проводимых с использованием SPM и спонсируемых Physics Мир и Всемирная ассоциация нанотехнологий.

Нанонаучный симпозиум в Азии будет интерактивным живым и виртуальным мероприятием. Зарегистрируйтесь по адресу https://live.parksystems.com/nssa2020/[19459009visible[19459010impression
)

Для получения дополнительной информации и регистрации перейдите по адресу: https://live.parksystems.com/nssa2020/

«Азиатский нано-научный симпозиум – это ценная возможность для людей, занимающихся научными исследованиями с использованием СЗМ, которые хотят получить информацию от экспертов в этой области и пообщаться с ними», – заявляет Кейбок Ли, президент Park Systems. «Мы призываем всех, кто интересуется нано-метрологией, посетить эти содержательные презентации»

Сканирующая зондовая микроскопия, включая АСМ, становится все популярнее благодаря своим мощным наноразмерным возможностям построения изображений и измерений, универсальности в приложениях от полупроводников, химии до наук о жизни и недавним достижениям в простоте использования. Это виртуальное мероприятие объединит ведущую группу экспертов по различным темам и предоставит прекрасную возможность для установления контактов.

«Всемирная ассоциация нанотехнологий гордится тем, что спонсирует Симпозиум по нанотехнологиям в Азии. Это прекрасная возможность услышать мнение академических и промышленных экспертов со всего мира, поскольку они делятся своими взглядами и идеями по множеству тем, актуальных для всех нас. Мы приглашаем всех профессионалов в нашей области », – комментирует Марин Ле Буар, генеральный директор Всемирной ассоциации нанотехнологий, спонсора симпозиумов по нанотехнологиям.

Некоторые из презентаций на азиатском нано-научном симпозиуме включают:

  • Проф. Нам-Джун Чо | Наньянский технологический университет, Сингапур
  • Наномеханическое картирование взаимодействий связывания вирусных белков с фосфоинозитидными рецепторами и скрининг фармацевтических препаратов
  • Д-р. Джэ Сон Юн | Университет Нового Южного Уэльса, Австралия
  • Исследование наноразмерных дефектов в возникающих фотоэлектрических материалах с помощью сканирующей зондовой микроскопии
  • Д-р. Тан Ким Сон | Malaysian Rubber Board, Малайзия
  • Исследования материалов на основе натурального каучука (NR) с использованием метода атомно-силовой микроскопии (AFM).
  • Д-р. Ван Цзюнюн | Национальный университет Сингапура, Сингапур
  • Светодиоды на основе атомарно тонких полупроводников
  • Д-р. Сан Чжун Чо | Park Systems, Корея
  • Разработка технологии оптических гибридных СЗМ
  • Д-р. Мурни Хандаяни | Индонезийский институт наук, Индонезия
  • Два проводных одиночных молекулярных диода на основе диад порфирин-имида, ковалентно связанных между однослойными углеродными нанотрубками в качестве электродов
  • Илка Гермес (главный ученый) | Park Systems Europe, Германия
  • Стабилизация пьезоотклика с помощью двухчастотного резонансного отслеживания
  • Д-р. Персия Ада Н. де Йро | Департамент науки и технологий, Филиппины
  • Характеристика наноматериалов и исследования нанотехнологий в DOST-ITDI
  • Д-р. Джейк Ким | Park Systems, Корея
  • Сравнительное исследование для картирования поверхностного потенциала с использованием KPFM

Для получения дополнительной информации и регистрации перейдите по адресу: https://live.parksystems.com/nssa2020/

NanoScientific, публикуемый ежеквартально с 2014 года, демонстрирует достижения в области нанонауки и нанотехнологий в широком спектре междисциплинарных областей исследований и имеет глобальное распространение более 40 000 в Северной Америке, Европе и Азии. Нанонаучные симпозиумы в 2019 году также проводятся в Нью-Йорке, Италии, Корее, Китае и Мексике.

Source link

Ученые из Манчестера открыли новое семейство квазичастиц в материалах на основе графена

Ученые из Манчестера открыли новое семейство квазичастиц в материалах на основе графена

Группа исследователей под руководством сэра Андре Гейма и доктора Алексея Бердюгина из Манчестерского университета открыла и охарактеризовала новое семейство квазичастиц, названных «фермионы Брауна-Зака» в сверхрешетках на основе графена.

Команда достигла этого прорыва, выровняв атомную решетку графенового слоя с решеткой изолирующего листа нитрида бора, резко изменив свойства графенового листа.

Исследование следует за годами последовательных достижений в сверхрешетках графен-нитрид бора, которые позволили наблюдать фрактальный узор, известный как бабочка Хофштадтера – и сегодня (пятница, 13 ноября) исследователи сообщают об еще одном весьма неожиданном поведении частиц в таких структурах. под приложенным магнитным полем.

«Хорошо известно, что в нулевом магнитном поле электроны движутся по прямым траекториям, и если вы приложите магнитное поле, они начнут изгибаться и двигаться по кругу», объясняют Жюльен Барьер и доктор Пиранаван Кумаравадивел , проводивший экспериментальную работу.

«В слое графена, который выровнен с нитридом бора, электроны также начинают изгибаться, но если вы установите определенное значение магнитного поля, электроны снова будут двигаться по прямолинейным траекториям, как если бы больше нет магнитного поля! Такое поведение радикально отличается от физики из учебников ».

«Мы связываем это удивительное поведение с образованием новых квазичастиц в сильном магнитном поле», – говорит доктор Алексей Бердюгин . «Эти квазичастицы обладают своими уникальными свойствами и исключительно высокой подвижностью, несмотря на чрезвычайно сильное магнитное поле».

Как опубликовано в Nature Communications (doi: 10.1038 / s41467-020-19604-0 ), работа описывает, как электроны ведут себя в сверхвысококачественной сверхрешетке графена. с пересмотренной структурой фрактальных характеристик бабочки Хофштадтера. Фундаментальные улучшения в изготовлении графеновых устройств и методах измерения за последнее десятилетие сделали эту работу возможной.

Новая квазичастица

«Концепция квазичастиц, возможно, является одной из самых важных в физике конденсированного состояния и квантовых системах многих тел. Он был введен физиком-теоретиком Львом Ландау в 1940-х годах для описания коллективных эффектов как «одночастичного возбуждения», – поясняет Жюльен Барьер . «Они используются в ряде сложных систем для учета эффектов многих тел».

До сих пор поведение коллективных электронов в сверхрешетках графена рассматривалось в терминах фермиона Дирака, квазичастицы, которая имеет уникальные свойства, напоминающие фотоны (частицы без массы), которые воспроизводятся в сильных магнитных полях. Однако при этом не учитывались некоторые экспериментальные особенности, такие как дополнительное вырождение состояний, и не учитывалась конечная масса квазичастицы в этом состоянии.

Авторы предлагают «фермионы Брауна-Зака» как семейство квазичастиц, существующих в сверхрешетках в сильном магнитном поле. Это характеризуется новым квантовым числом, которое можно напрямую измерить. Интересно, что работа при более низких температурах позволила им снять вырождение обменного взаимодействия при сверхнизких температурах.

«В присутствии магнитного поля электроны в графене начинают вращаться по квантованным орбитам. Для фермионов Брауна-Зака нам удалось восстановить прямую траекторию в десятки микрометров в сильных магнитных полях до 16 Тл (в 500 000 раз больше магнитного поля Земли). В определенных условиях баллистические квазичастицы не ощущают эффективного магнитного поля », объясняют д-р Кумаравадивел и д-р Бердюгин.

Высокая подвижность фермионов Брауна Зака ​​

В электронной системе подвижность определяется как способность частицы перемещаться под действием электрического тока. Высокая подвижность долгое время была Святым Граалем при изготовлении 2D-систем, таких как графен, поскольку такие материалы будут обладать дополнительными свойствами (целочисленными и дробными квантовыми эффектами Холла) и потенциально позволят создавать сверхвысокочастотные транзисторы, компоненты, лежащие в основе компьютерный процессор.

«Для этого исследования мы подготовили графеновые устройства очень большого размера и очень высокого уровня чистоты». – говорит доктор Кумаравадивел. Это позволило нам достичь подвижности в несколько миллионов см² / В, что означает, что частицы будут перемещаться прямо через все устройство, не рассеиваясь. Важно отметить, что это имело место не только для классических фермионов Дирака в графене, но и для фермионов Брауна-Зака, о которых сообщалось в работе

.

Эти фермионы Брауна-Зака определяют новые металлические состояния, которые являются общими для любой сверхрешеточной системы, а не только для графена, и предлагают площадку для новых задач физики конденсированного состояния в других сверхрешетках на основе других 2D материалов.

Жюльен Барьер добавил: «Полученные результаты, конечно, важны для фундаментальных исследований электронного транспорта, но мы считаем, что понимание квазичастиц в новых сверхрешеточных устройствах в сильных магнитных полях может привести к разработке новых электронных устройств».

Высокая мобильность означает, что транзистор, сделанный из такого устройства, может работать на более высоких частотах, позволяя процессору, сделанному из этого материала, выполнять больше вычислений в единицу времени, что приводит к более быстрому компьютеру. Применение магнитного поля обычно снижает мобильность и делает такое устройство непригодным для определенных приложений. Высокая подвижность фермионов Брауна-Зака в сильных магнитных полях открывает новые перспективы для электронных устройств, работающих в экстремальных условиях.

Source link

Мероприятие, чтобы узнать больше о методах характеризации

Мероприятие, чтобы узнать больше о методах характеризации

CARAC 2020 будет проходить в виде онлайн-встречи продолжительностью полдня с онлайн-переговорами (на английском языке).

Конференции будут проходить утром 24 ноября с 9 до 12 часов утра. В контексте пандемии COVID-19 это 7 издание будет только онлайн-мероприятием. Это будет повод узнать больше о методах определения характеристик материалов для промышленности и новых объектов в районе Гренобля.

После короткого вступления каждый зарегистрированный человек будет присутствовать на разных выступлениях. Организаторы конференции представят обновления и новости в основном докладе. После этого наша бизнес-команда и ученые смогут назначить встречу с вами.

Что такое CARAC?

CARAC – уникальное мероприятие, посвященное характеристике материалов для промышленности. Его возглавляет Технологический исследовательский институт IRT Nanoelec http://www.irtnanoelec.fr/en/, настоящий ускоритель инноваций для индустрии микроэлектроники. В рамках своей деятельности и совместно с Европейским синхротроном ESRF http://www.esrf.eu/cms/live/live/en/sites/www/home/about.html Институт Лауэ Ланжевен (ILL) https: //www.ill.eu/en/ (международный исследовательский центр на переднем крае нейтронной науки и технологий), Лаборатория субатомной физики и космологии (LPSC) http://lpsc.in2p3.fr/index.php/ en / и Французской комиссией по альтернативным источникам энергии и атомной энергии (CEA) https://www.cea.fr/english, IRT Nanoelec создали Платформу для расширенной характеристики Гренобля (PAC-G) http: //www.pac-grenoble. eu /.

Мероприятие CARAC проводится при поддержке PAC-G при участии Консорциума технологических сообществ Мойен – Политехнического института Гренобля (CMTC-INP), Института Нееля Гренобля и Института интердисплинерских исследований Гренобля (IRIG).

Это облегченное занятие на полдня может сократить месяцы знакомства до нескольких коротких часов. Он соберет группу экспертов по характеристике для лекций на английском языке и презентаций промышленных примеров по методам определения характеристик и их применениям в области микроэлектроники и полупроводников.

Эннио Каприя: «Carac 2020 стремится принести научное превосходство, доступное в крупномасштабных исследовательских инфраструктурах Гренобля, в самую суть основных промышленных задач НИОКР. Мы можем предложить новаторские решения, выходящие за рамки обычных доступны в лаборатории. С помощью наших инструментов мы можем удовлетворить неудовлетворенные потребности промышленности. Это приведет к ускорению их вывода на рынок и возможности производить более надежные продукты с очевидным преимуществом на все более и более конкурентном рынке. . "

В этом 7-м издании основное внимание будет уделено улучшениям в оборудовании различных персонажей, таких как запуск нового сверхяркого источника света в европейском синхротроне ESRF-EBS, амбициозный проект «Выносливость» в Институте Лауэ. -Ланжевен (ILL) или усовершенствование ускорителя GENESIS на LPSC.

Сознавая ограниченность удаленного мероприятия, организаторы предпочли сосредоточить конференции на половине дня, тогда как последнее мероприятие проводилось более двух дней.

Регистрация осуществляется прямо онлайн на специальном веб-сайте:

https://irtnanoelec.virtualrooms.actandmatch.com/373418869/register

IRT Nanoelec

Это консорциум из 21 организации частного и государственного секторов. Они сотрудничают в рамках многопартнерских программ НИОКР, распространения технологий и программ обучения, чтобы помочь компаниям создавать ценности и расти в областях перехода к цифровым технологиям, энергетики и безопасных подключенных систем.

Nanoelec возглавляет семь исследовательских программ, посвященных разработке прорывных технологий и методологий в области микро- и наноэлектроники. Одна из этих программ направлена ​​на определение характеристик и облучение компонентов и систем, в частности, благодаря большим европейским приборам, установленным на научном полуострове Гренобль, и, в частности, с использованием нейтронов (ILL, LPSC) и рентгеновских лучей (ESRF). Кроме того, в рамках программы CEA-LETI может поддержать разработку новых методологий, привнося свой опыт в области наноэлектроники и полагаясь на навыки Платформы для нано-характеристики (PFNC). Наконец, присутствие в этой программе ключевых промышленных партнеров в секторе предлагает реальную возможность для обеспечения развития в соответствии с текущими промышленными потребностями, для ускорения исследований и разработок и инноваций. В настоящее время Schneider Electric, SOITEC и STMicroelectronics являются партнерами по программе определения характеристик.

О характеристиках

Чтобы понять материал, необходимо проанализировать его свойства, то есть охарактеризовать его. Для этого ученым доступно множество различных аналитических подходов. Те, которые предложены в PAC-G IRT Nanoelec (через инфраструктуры ESRF-EBS, ILL и LPSC), предоставляют инструменты определения характеристик, предназначенные для микро / наноэлектронных инноваций. После того, как промышленник представил свою задачу, ее оценили и одобрили план действий, PAC-G организует доступ к основным европейским инструментам, доступным в ESRF, ILL.

Какова цель описания больших инструментов?

Эта программа направлена ​​на то, чтобы дать промышленности полупроводников и микроэлектроники в целом доступ к характеристикам, обеспечиваемым крупными европейскими приборами Гренобля (ESRF, ILL, LPSC). Эти средства могут обеспечить производительность, превышающую возможности лаборатории, и дать новое представление о материалах и устройствах. Это ориентированный на клиента подход, который может привести к реальному ускорению научно-исследовательской деятельности промышленных партнеров и предоставить новые решения, недоступные где-либо еще.

CARAC – это уникальная возможность встретиться как с учеными, так и с бизнес-группами исследовательских инфраструктур в одном месте. Если вы хотите связаться с нашими учеными до начала мероприятия, напишите на [email protected] Наша команда познакомит вас с нужным человеком, который ответит на ваши вопросы.

Source link

Новый метод создания неуловимого кристалла из двумерных полупроводников

Новый метод создания неуловимого кристалла из двумерных полупроводников

]

Исследовательское сообщество под руководством Корнельского университета разработало метод объединения двумерных полупроводников и захвата электронов по повторяющейся схеме, в результате чего был получен уникальный и давно предложенный кристалл.

Исследователи из Корнелла сложили двухмерные полупроводники в стопку, чтобы создать муаровую структуру сверхрешетки, которая улавливает электроны в повторяющемся узоре, в конечном итоге формируя кристалл Вигнера, о котором давно предполагали. Изображение предоставлено: Корнельский университет

Исследование под названием «Коррелированные изолирующие состояния при фракционном заполнении муаровых сверхрешеток» было опубликовано в журнале Nature 11 ноября 2020 года. Ведущий автор статьи является доктором. исследователь Ян Сюй.

Этот проект был разработан совместной лабораторией Кин Фай Мака, доцента физики в Колледже искусств и наук, и Цзе Шаня, профессора прикладной и инженерной физики Инженерного колледжа, соавторов бумага.

И Мак, и Шан являются членами Института наномасштабов Кавли в Корнелле; они приехали в Корнелл через инициативу проректора по наноразмерной науке и микросистемной инженерии (NEXT Nano)

.

Физик-теоретик Юджин Вигнер был первым, кто предложил кристалл электронов в 1934 году. Он предположил, что когда отталкивание, вызванное отрицательно заряженными электронами, известное как кулоновское отталкивание, управляет кинетической энергией электронов, будет разработан кристалл.

Исследователи попытались несколько способов подавить эту кинетическую энергию, например, поместив электроны в огромное магнитное поле, примерно в миллион раз больше магнитного поля Земли. В целом кристаллизация остается недостижимой, но команда Корнелла определила новый метод для ее достижения.

Электроны квантово-механические. Даже если вы ничего с ними не делаете, они все время спонтанно теребятся . Кристалл электронов на самом деле имел бы тенденцию просто плавиться, потому что так трудно удерживать электроны фиксированными в периодической структуре .

Кин Фай Мак, доцент физики, Колледж искусств и наук, Корнельский университет

Таким образом, команда пришла к решению построить настоящую ловушку путем наложения двух монослоев полупроводников, диселенида вольфрама (WSe 2 ) и дисульфида вольфрама (WS 2 ), разработанного сотрудниками Колумбийского университета

Каждый монослой имеет несколько разную постоянную решетки. После объединения монослоев вместе они образуют муаровую сверхрешетку, которая в первую очередь похожа на гексагональную сетку. Затем команда разместила электроны в определенных местах рисунка. Подобно тому, что они обнаружили в более раннем проекте, энергетический барьер между узлами блокирует электроны в их положении.

Мы можем контролировать среднюю степень заполнения электронами в определенном муаровом участке .

Кин Фай Мак, доцент физики, Колледж искусств и наук, Корнельский университет

Сложный узор муаровой сверхрешетки вместе с неустойчивой природой электронов и необходимостью разместить их в очень определенном порядке заставили команду обратиться за помощью к Фейту Эльзеру, профессору физики и соавтору статьи. , который оценил коэффициент заполнения, при котором различные расположения электронов будут самокристаллизоваться.

Но трудность с кристаллами Вигнера заключается не только в их изготовлении, но и в их наблюдении.

Чтобы создать электронный кристалл, вам нужно создать правильные условия, и в то же время они хрупкие . Вам нужен хороший способ их исследовать. Вы действительно не хотите сильно беспокоить их, исследуя их .

Кин Фай Мак, доцент физики, Колледж искусств и наук, Корнельский университет

Исследователи разработали новый метод оптического зондирования, который включает размещение оптического датчика близко к образцу и размещение всей структуры между изолирующими слоями гексагонального нитрида бора, разработанный сотрудниками Национального института материаловедения в Японии.

Поскольку датчик изолирован от образца примерно на 2 нм, он не нарушает работу системы.

Новый метод позволил исследователям заметить несколько электронных кристаллов с разной симметрией кристаллов, от кристаллов Вигнера с треугольной решеткой до кристаллов, которые самовыравниваются в димеры и полосы. Таким образом, исследователи показали, что простые ингредиенты можно использовать для создания сложных моделей, если ингредиенты остаются неподвижными в течение более длительного периода.

Соавторы исследования – ученые из Колумбийского университета и Национального института материаловедения в Японии.

Исследование и изготовление устройства финансировались Министерством энергетики США, Управлением военно-морских исследований США и Товариществом Дэвида и Люсиль Паккард.

Ссылка на журнал:

Xu, Y., и др. . (2020) Коррелированные изолирующие состояния при частичном заполнении муаровых сверхрешеток. Природа . doi.org/10.1038/s41586-020-2868-6.

Источник: https://www.cornell.edu/[19459008visible

Source link

Новая платформа может создавать трехмерные сверхпроводящие наноархитектуры с ДНК

Новая платформа может создавать трехмерные сверхпроводящие наноархитектуры с ДНК

Трехмерные (3-D) наноструктурированные материалы – материалы сложной формы в масштабе миллиардных долей метра – которые могут проводить электричество без сопротивления, могут быть использованы в ряде квантовых устройств.

Например, такие трехмерные сверхпроводящие наноструктуры могут найти применение в усилителях сигналов для повышения скорости и точности квантовых компьютеров и сверхчувствительных датчиков магнитного поля для медицинской визуализации и картирования геологической среды. Однако традиционные инструменты производства, такие как литография, были ограничены одномерными и двумерными наноструктурами, такими как сверхпроводящие провода и тонкие пленки.

Теперь ученые из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США (DOE), Колумбийского университета и Университета Бар-Илан в Израиле разработали платформу для создания трехмерных сверхпроводящих наноархитектур с заданной организацией. Как сообщалось в выпуске Nature Communications от 10 ноября, эта платформа основана на самосборке ДНК в желаемые трехмерные формы на наноуровне. При самосборке ДНК одна длинная нить ДНК складывается более короткими дополнительными «скобками» в определенных местах – подобно оригами, японскому искусству складывания бумаги.

«Благодаря структурной программируемости ДНК может обеспечить сборочную платформу для создания спроектированных наноструктур», – сказал соавтор-корреспондент Олег Ганг, руководитель группы мягких и биологических наноматериалов в Центре функциональных Наноматериалы (CFN) и профессор химической инженерии, прикладной физики и материаловедения в Columbia Engineering. «Однако хрупкость ДНК делает ее непригодной для изготовления функциональных устройств и нанопроизводства, требующего неорганических материалов. В этом исследовании мы показали, как ДНК может служить каркасом для построения трехмерных наноразмерных архитектур, которые могут быть полностью» преобразованы «в неорганические материалы, такие как сверхпроводники».

Чтобы сделать каркас, ученые из Брукхейвена и Колумбийского инженерного бюро впервые разработали октаэдрические «рамки» ДНК-оригами. Аарон Майкельсон, аспирант Банды, применил стратегию, программируемую ДНК, так, чтобы эти фреймы собирались в желаемые решетки. Затем он применил химическую технику, чтобы покрыть решетки ДНК диоксидом кремния (кремнезем), укрепив изначально мягкие конструкции, которым для сохранения структуры требовалась жидкая среда. Команда адаптировала процесс изготовления таким образом, чтобы структуры соответствовали их дизайну, что подтверждено изображениями на установке электронной микроскопии CFN и малоугловым рентгеновским рассеянием на линии пучка комплексного рассеяния материалов Национального синхротронного источника света Брукхейвена II (NSLS-II). ). Эти эксперименты продемонстрировали, что структурная целостность сохранилась после того, как они покрыли решетки ДНК.

«В своей первоначальной форме ДНК совершенно непригодна для обработки обычными методами нанотехнологии», – сказал Ганг. « Но как только мы покрываем ДНК диоксидом кремния, у нас появляется механически прочная трехмерная архитектура, на которую мы можем наносить неорганические материалы, используя эти методы. Это аналогично традиционному нанопроизводству, при котором ценные материалы наносятся на плоские подложки, обычно кремний, чтобы добавить функциональности. "

Группа отправила покрытые диоксидом кремния решетки ДНК из CFN в Институт сверхпроводимости Бар-Илана, который возглавляет Йоси Йешурун. Ганг и Йешурун познакомились пару лет назад, когда Ганг провел семинар по его исследованиям сборки ДНК. Йешурун, который в течение последнего десятилетия изучал свойства сверхпроводимости в наномасштабе, думал, что подход Ганга, основанный на ДНК, может обеспечить решение проблемы, которую он пытался решить: как мы можем изготовить сверхпроводящие наноразмерные структуры в трех измерениях. –

«Раньше создание трехмерных наносверхпроводников представляло собой очень сложный и сложный процесс с использованием обычных технологий изготовления», – сказал соавтор-корреспондент Йешурун. «Здесь мы нашли относительно простой способ, используя структуры ДНК Олега».

В Институте сверхпроводимости аспирант Йешуруна Лиор Шани испарил низкотемпературный сверхпроводник (ниобий) на кремниевый чип, содержащий небольшой образец решеток. Скорость испарения и температуру кремниевой подложки необходимо было тщательно контролировать, чтобы ниобий покрыл образец, но не проникал насквозь. Если это произойдет, может произойти короткое замыкание между электродами, используемыми для электронных транспортных измерений.

«Мы прорезали специальный канал в подложке, чтобы ток проходил только через сам образец», объяснил Йешурун.

Измерения выявили трехмерный массив джозефсоновских переходов, или тонких несверхпроводящих барьеров, через которые проходит сверхпроводящий ток. Массивы джозефсоновских контактов являются ключом к использованию квантовых явлений в практических технологиях, таких как сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства для измерения магнитного поля. В 3-D больше переходов можно упаковать в небольшой объем, увеличивая мощность устройства.

«ДНК-оригами создавало красивые и изысканные трехмерные наноразмерные структуры в течение почти 15 лет, но сама ДНК не обязательно является полезным функциональным материалом», – сказал Эван Раннерстром, руководитель программы по дизайну материалов в компании Исследовательская лаборатория армии США по развитию боевых возможностей Научно-исследовательского управления армии США, которая частично финансировала работу. «Профессор Ганг показал здесь то, что вы можете использовать ДНК-оригами в качестве шаблона для создания полезных трехмерных наноструктур из функциональных материалов, таких как сверхпроводящий ниобий. Эта способность произвольно проектировать и создавать сложные функциональные трехмерные структуры. материалы, идущие снизу вверх, ускорят модернизацию армии в таких областях, как зондирование, оптика и квантовые вычисления ».

«Мы продемонстрировали путь, по которому сложные организации ДНК могут быть использованы для создания высоконаноструктурированных трехмерных сверхпроводящих материалов, », – сказал Ганг. «Этот путь преобразования материала дает нам возможность создавать множество систем с интересными свойствами – не только сверхпроводимостью, но и другими электронными, механическими, оптическими и каталитическими свойствами. Мы можем представить его как« молекулярную литографию », в которой мощность программируемости ДНК переносится в трехмерное неорганическое нанопроизводство ».

Это исследование было поддержано Управлением армейских исследований Министерства обороны США; Управление науки Министерства энергетики США; Министерство науки и технологий Израиля; и Израильский научный фонд. И CFN, и NSLS-II являются объектами для пользователей Управления науки Министерства энергетики США. Некоторые исследования с использованием изображений проводились в отделении визуализации Центра перспективных научных исследований Городского университета Нью-Йорка

Источник: http://www.bnl.gov/

Source link