البلورات النانوية والبروتينات النباتية الخاصة وعلاج الأورام: تطورات العلماء الشباب

منصة منهجية للتخليق القابل للتكاثر من البلورات النانوية

شعيرات البلورات النانوية (NW)، تسمى غالبًاأيضًا شعيرات نانوية (من الإنجليزية شعيرات نانوية) أو خيوط نانوية، أسلاك متناهية الصغر، وكذلك أسلاك نانوية  هي مادة نانوية أحادية البعد، يتجاوز طولها بشكل كبير الأبعاد الأخرى، والتي بدورها لا تتجاوز عدة عشرات من النانومترات.

هناك أنواع مختلفة من شهادات عدم الممانعة،

بما في ذلك المعادن وأشباه الموصلات (على سبيل المثال، من Si وInP وGaN وغيرها)، والجزيئية (التي تتكون من وحدات جزيئية ذات أصل عضوي أو غير عضوي) وغيرها.

هناك عدة مختلفة اختلافا جوهرياآليات للحصول على بنى نانوية أحادية البعد ، والتي يمكن تقسيمها إلى طرق للحصول على هياكل حرة (على سبيل المثال ، آلية نمو "البخار - السائل - البلور") واستخدام أساليب التكنولوجيا المستوية ، وكذلك بعض الطرق الأخرى.

• آلية النمو "بخار - سائل - بلور"

آلية النمو الأكثر شيوعًاأشباه الموصلات NWs هي آلية بخار سائل بلوري تم عرضها مرة أخرى في عام 1964. في هذه الطريقة ، يتم إجراء النمو الفوقي لـ NWs عن طريق ترسيب البخار الكيميائي أو شعاع الشعاع الجزيئي.

وللقيام بذلك، يتم أولاً ترسيب طبقة رقيقة من الذهب على سطح الركيزة، لتعمل كمحفز، وبعد ذلك ترتفع درجة الحرارة في الحجرة، ويشكل الذهب مجموعة من القطرات.

يتم تغذية المزيد من المكونات للنمومادة أشباه الموصلات ، مثل العناصر In و P لنمو InP NWs. تأثير التنشيط بواسطة جزيئات المحفز هو أن النمو على السطح تحت القطرة يحدث أسرع بعدة مرات من السطح غير النشط ، وبالتالي ، يرتفع انخفاض المحفز فوق السطح ، وينمو طوليًا تحته.

• طرق التكنولوجيا المستوية

في بعض الأحيان لإنشاء كائنات نانوية أحادية البعد،والتي تسمى أيضًا NWs أو الخيوط النانوية، تستخدم تقنيات التكنولوجيا المستوية. على سبيل المثال، باستخدام طرق الطباعة الحجرية الضوئية والحفر، يتم إنشاء أخاديد رأسية أو أخاديد على شكل حرف V على السطح الذي يتم ترسيب المواد فيه. عند تجميع هذه الأخاديد أو الأخاديد، تتشكل المواد، كما كانت، هياكل نانوية أحادية البعد في الاتجاهين الرأسي أو الأفقي، على التوالي.

طريقة أخرى للحصول على الهياكل النانوية أحادية البعدهل هذا موجود على الركيزة SOI باستخدام الصورة— والطباعة الحجرية الإلكترونية، يتم إنشاء طبقة قناع بنمط NW المطلوب. بعد ذلك، من خلال هذه الطبقة، يتم حفر الطبقة السطحية من السيليكون، ولم يتبق سوى السيليكون NW على العازل. وفي بعض الحالات، يتم أيضًا حفر العازل بعيدًا عن الجزء الشمالي الغربي، مما يترك هياكل نانوية حرة.

• النمو العفوي

أبسط طريقة للحصول على أكسيد NWالمعدن هذا هو التسخين المعتاد للمعادن في الهواء ويمكن القيام به بسهولة في المنزل. لقد كانت آليات النمو معروفة منذ الخمسينيات. يحدث التكوين التلقائي للأسلحة النووية بمساعدة عيوب الشبكة البلورية: الاضطرابات الموجودة في اتجاهات معينة أو تباين نمو الوجوه البلورية المختلفة.

بعد التقدم في الفحص المجهري، تم إثبات نمو NW عبر خلع المسمار أو الحدود المزدوجة.

طور Khaidukov منصة منهجيةلتخليق البلورات النانوية القابلة للتكرار ، والتي ، عند تعريضها للإشعاع بموجات كهرومغناطيسية منخفضة الطاقة ، تعيد إصدار فوتونات عالية الطاقة بعد سلسلة من التحولات الإلكترونية في الذرات. في هذه الحالة ، يمكن ضبط طيف هذا الإشعاع.

• افتتاح

تم منح إحدى الجوائز للرئيسمختبر مركز الأبحاث الفيدرالي "علم البلورات والضوئيات" التابع لأكاديمية العلوم الروسية لـ Evgeny Khaidukova لتطوير التقنيات المتقدمة على منصة البلورات النانوية المضادة لستوكس.

البلورات النانوية التي تم تصنيعها بهذه الطريقة لهاآفاق التطبيق في عدد من المجالات. على سبيل المثال ، لسبر العمليات البيولوجية في الخلايا وللاستخدام العملي في التشخيص والعلاج الطبي. على وجه الخصوص ، كان التطور بمثابة أساس لطريقة جديدة للعلاج الضوئي الديناميكي لسرطان الجلد باستخدام فيتامين B2.

البروتينات الخاصة بالنباتات

وقد مُنحت إحدى الجوائز لفريق من علماء سانت بطرسبرغ لاكتشافهم بروتينات الأميلويد في النباتات، المسؤولة عن تراكم العناصر الغذائية داخل البذور.

• أميلويد

من الناحية المعمارية، الأميلويد هو بروتين غير متفرعألياف ليفية تتكون من مونومرات متصلة بشكل أساسي بروابط هيدروجينية بين سلاسل بيتا من صفائح بيتا بين الجزيئات الموجودة بشكل متعامد مع المحور الجانبي للليف.

يسمى هذا النوع من البنية الليفية"cross-β"، وهو الأكثر عالمية. يمكن وضع صفائح بيتا في ألياف أميلويد بالتوازي مع بعضها البعض وفي التسجيل (توجد الأحماض الأمينية المشابهة لسلاسل بيتا المجاورة فوق بعضها البعض وترتبط ببعضها البعض بواسطة روابط هيدروجينية).

Реже встречаются амилоиды с антипараллельной اتجاه سلاسل β. تتمتع ألياف البريون (بروتين أميلويد المعدي) HET-s ascomycete Podospora anserina في شكل β-helices أيضًا بخيار طي مثير للاهتمام.

• بنية

الأميلويد له بنية معقدة.مكونه الرئيسي هو البروتينات، من بينها البروتينات الليفية (الأنسجة) مثل بروتينات الكولاجين والبلازما - الجلوبيولين α و γ، الفيبرينوجين.

يتم تمثيل السكريات اميلويد بواسطةأحماض الكوندرويتين الكبريتيك والهيالورونيك، الهيبارين، حمض النيورامينيك، مع كبريتات الكوندرويتين السائدة. الأميلويد له خصائص مستضدية. مقاوم لعمل العديد من الإنزيمات والأحماض والقلويات بسبب قوة الروابط بين مكونات البروتين والسكاريد.

• افتتاح

وكان الفائزون هم الأوائل في العالم الذين اكتشفوا النباتات وتحتوي البكتيريا التكافلية على بروتينات وظيفية محددة - الأميلويدات، التي تتمتع بمقاومة فريدة لعمل الإنزيمات الهاضمة ويمكن أن تستمر لسنوات في البيئة الخارجية. وقد تم العثور عليها سابقًا في البكتيريا والعتائق والحيوانات والفطريات، ولكن هذه هي المرة الأولى التي يتم العثور عليها في النباتات.

شكل خاص من البروتينات الليفية -الأميلويدات – أصبحت معروفة لارتباطها بعدد من الأمراض الناجمة عن تراكم البروتين غير الطبيعي (الداء النشواني). في المجمل، هناك أكثر من 40 مرضًا بشريًا مرتبطًا بالأميلويدات، ومن الصعب جدًا علاجها أو أنها غير قابلة للشفاء تمامًا (مرض السكري، والسرطان، ومرض الزهايمر، وما إلى ذلك).

أصبح اكتشاف بروتينات الأميلويد في النباتات ممكنًا بفضل خوارزمية المعلوماتية الحيوية التي طورها المؤلفون، وهي الأكثر إنتاجية مقارنة بنظيراتها.

بمساعدتها ، لأول مرة في العالم ، الكلمجموعة من البروتينات وقد تم تحديد بدقة عالية أن بروتينات تخزين بذور النبات والتي تعتبر أهم مكون في النظام الغذائي للإنسان تميل إلى تكوين الأميلويد. وكذلك بروتينات البكتيريا التكافلية المسؤولة عن تفاعلها مع النباتات.

الأورام الخبيثة

إيفجينيا دولجوف وإيكاترينا بوتر وأناستازيابروسكورينا من مركز الأبحاث الفيدرالي "معهد علم الخلايا وعلم الوراثة التابع لفرع سيبيريا التابع لأكاديمية العلوم الروسية" حصل على الجائزة "لتشكيل أيديولوجية جديدة في علاج المرضى الذين يعانون من الأورام الخبيثة، على أساس الوقت المنسق عمل مستحضرات الحمض النووي المبتكرة وتثبيط الخلايا المتشابكة.

ابتكر الفائزون بالجائزة واختبروا تقنيتين فريدتين لعلاج الأورام من مسببات مختلفة ، بناءً على مبادئ لم تكن معروفة من قبل.

• باناجين

التقنية الأولى هي استخدام عقار "باناجين" المعتمد على الحمض النووي المجزأ المزدوج، بالتنسيق مع العلاج الكيميائي.

أجرى العلماء بنجاح قبل السريريةدراسات المرحلتين الأولى والثانية من التجارب السريرية "باناجينا" في علاج سرطان الثدي. لقد أثبتوا أن الدواء لا يقلل فقط من الآثار السلبية للعلاج الكيميائي ، بل يعزز أيضًا تنشيط المناعة المضادة للأورام.

• كاراناهان

التكنولوجيا الثانية — “كاراناهان” —هي طريقة فريدة لاختيار نظام حقن مثبط للخلايا يمنع انقسام الخلايا ودواء يعتمد على الحمض النووي بشكل فردي لكل ورم.

نتيجة للعمل المشترك لاثنين من النشطينالمواد، يتم تدمير الخلايا السرطانية، بما في ذلك الخلايا الجذعية السرطانية. وتم اختبار هذه التقنية بنجاح على الفئران التجريبية والأورام البشرية.

يمكن أن يكون خيارًا علاجيًا مستقلاً ونوعًا من النظام الأساسي للاستخدام الأكثر فعالية لأي عقاقير وتقنيات مضادة للسرطان.

واجهة الدماغ والكمبيوتر

فلاديمير ماكسيمنكو من جامعة إنوبوليس(تتارستان) تم منح الجائزة لتطوير واجهات دماغ-كمبيوتر غازية وغير جراحية لمراقبة نشاط الدماغ الطبيعي والمرضي.

• NKI

واجهة الكمبيوتر الدماغية (NCI) (وتسمى أيضًاواجهة عصبية مباشرة,واجهة الدماغ,واجهة الدماغ والحاسوب) هو نظام تم إنشاؤه لتبادل المعلومات بين الدماغ وجهاز إلكتروني (على سبيل المثال، جهاز كمبيوتر).

في الواجهات أحادية الاتجاه ، يمكن للأجهزة الخارجية إما استقبال إشارات منأو إرسال إشارات إلى الدماغ (على سبيل المثال ، عن طريق تقليد شبكية العين عند استعادة الرؤية باستخدام غرسة إلكترونية).

تسمح واجهات ثنائية الاتجاه للدماغ وتتبادل الأجهزة الخارجية المعلومات في كلا الاتجاهين. غالبًا ما تعتمد واجهة الكمبيوتر العصبي على طريقة الارتجاع البيولوجي.

• التجارب على الحيوانات

تمكنت العديد من المعامل من تسجيل الإشاراتمن القشرة الدماغية للقرود والجرذان للتحكم في NCI أثناء الحركة. سيطرت القردة على المؤشر على شاشة الكمبيوتر وأعطت تعليمات لأداء أبسط الإجراءات للروبوتات التي تقلد يدًا عقليًا وبدون أي حركات. نظرت دراسات أخرى على القطط في فك رموز الإشارات البصرية.

• افتتاح

نتيجة لذلك ، طور العالم عددا من النماذج الرياضية للشبكات العصبية ، بالإضافة إلى ثلاث واجهات بين الدماغ والحاسوب ("كمبيوتر الدماغ").تتيح الواجهات التي تم إنشاؤها منع ومنع النوبات في مرضى الصرع بشكل غازي ، أي عن طريق التحفيز الكهربائي.

على سبيل المثال ، يمكن استخدام هذه الطريقة عندما يكون الدواء لتخفيف النوبة غير فعال.

بالإضافة إلى ذلك ، تسمح الواجهات بدون تدخل جراحي ، إذنلا يوجد اختراق من خلال المكونات الخارجية للجسم ، لمحاكاة النشاط الحركي الوهمي وتحديد تركيز الانتباه ، وهو أمر مهم لإعادة تأهيل المرضى بعد السكتة الدماغية ، عند تعليم أطفال المدارس ، وما إلى ذلك.

قراءة المزيد

انظر إلى صورة 8 تريليون بكسل للمريخ

يتم بناء محرك صاروخي نووي للرحلات الجوية إلى المريخ. كيف هي خطيرة؟

الإجهاض والعلم: ماذا سيحدث للأطفال الذين سينجبون