ננו-קריסטלים, חלבונים צמחיים מיוחדים וטיפול בגידולים: התפתחויות של מדענים צעירים

פלטפורמה מתודולוגית לסינתזה לשחזור של ננו-קריסטלים

שפם ננו-גביש (NW), המכונה לעתים קרובותגם nanowhisker (מהאנגלית nanowhisker) או nanofilament, nanowire, וכן nanorod  הוא ננו-חומר חד-ממדי, שאורכו עולה באופן משמעותי על מימדים אחרים, אשר בתורם אינם עולים על כמה עשרות ננומטרים.

ישנם סוגים שונים של NOCs,

כולל מתכתי, מוליכים למחצה (לדוגמה, מ-Si, InP, GaN ואחרים), מולקולרי (המורכב מיחידות מולקולריות ממקור אורגני או אנאורגני) ואחרים.

ישנם כמה שונים במהותםמנגנונים להשגת ננו-מבנים חד-ממדיים, אותם ניתן לחלק לשיטות להשגת מבנים חופשיים (למשל, מנגנון הצמיחה "אדי-נוזל-גביש") ושימוש בשיטות הטכנולוגיה המישורית, כמו גם כמה אחרות.

• מנגנון צמיחה "אדי - נוזל - קריסטל"

מנגנון הצמיחה הנפוץ ביותרמוליכים למחצה NWs הוא מנגנון אדי-גביש נוזלי שהודגם עוד בשנת 1964. שיטה זו מיישמת את הצמיחה האפיטקסיאלית של NWs על ידי תצהיר אדים כימי או אפיטקסיה של קרן מולקולרית.

לשם כך, סרט דק של זהב מופקד תחילה על פני המצע, הפועל כזרז, ולאחר מכן הטמפרטורה בתא עולה, והזהב יוצר מערך של טיפות.

רכיבים נוספים לצמיחה מוזניםחומר מוליך למחצה, כגון אלמנטים In ו- P לצמיחתם של NWs InP. ההשפעה של הפעלה על ידי חלקיקי זרז היא שצמיחה על פני השטח מתחת לטיפה מתרחשת פעמים רבות מהר יותר מאשר על פני השטח שאינו מופעל, ולכן, טיפת הזרז עולה מעל פני השטח, וגוברת שפם מתחת.

• שיטות טכנולוגיות מישוריות

לפעמים כדי ליצור ננו-אובייקטים חד מימדיים,אשר נקראים גם NWs או ננופילמנטים, משתמשים בטכניקות טכנולוגיה מישוריות. לדוגמה, באמצעות שיטות פוטוליתוגרפיה ותחריט, נוצרים חריצים אנכיים או חריצים בצורת V על פני השטח שאליו מופקד החומר. איסוף בחריצים או חריצים אלה, החומר יוצר, כביכול, ננו-מבנים חד-ממדיים בכיוונים אנכיים או אופקיים, בהתאמה.

שיטה נוספת להשגת ננו-מבנים חד מימדייםזה על מצע SOI באמצעות תמונה— וליתוגרפיה אלקטרונית, נוצרת שכבת מסכה עם דוגמה של ה-NW הרצוי. לאחר מכן, דרך שכבה זו, שכבת פני השטח של הסיליקון נחרטת, ומשאירה רק את הסיליקון NW על המבודד. במקרים מסוימים, המבודד גם נחרט מתחת ל-NW, ומשאיר ננו-מבנים חופשיים.

• צמיחה ספונטנית

השיטה הפשוטה ביותר להשיג תחמוצת NWמתכת זהו החימום הרגיל של מתכות באוויר וניתן לעשות זאת בקלות בבית. מנגנוני הצמיחה ידועים משנות החמישים. היווצרות ספונטנית של NWs מתרחשת בעזרת פגמים בסריג הגביש: נקעים הנמצאים בכיוונים מסוימים או אניזוטרופיה של צמיחה של פנים גבישים שונים.

בעקבות התקדמות במיקרוסקופיה, הודגמה צמיחה NW באמצעות נקעים של בורג או גבולות תאומים.

חיידוקוב פיתח פלטפורמה מתודולוגיתלסינתזה לשחזור של ננו-קריסטלים, המוקרנים בגלים אלקטרומגנטיים בעלי אנרגיה נמוכה, ופולטים מחדש פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה יותר לאחר סדרת מעברים אלקטרוניים באטומים. יתר על כן, ניתן לכוון את הספקטרום של קרינה כזו.

• פְּתִיחָה

אחד הפרסים הוענק לראשמעבדה של מרכז המחקר הפדרלי "קריסטלוגרפיה ופוטוניקה" של האקדמיה הרוסית למדעים לבג'ניה חיידוקובה לפיתוח טכנולוגיות מתקדמות בפלטפורמה של ננו-קריסטלים נגד סטוקס.

לננו-קריסטלים המסונתזים באופן זה ישסיכויי יישום במספר תחומים. לדוגמא, לצורך בדיקת תהליכים ביולוגיים בתאים ויישום מעשי באבחון וטיפול רפואי. בפרט, הפיתוח שימש בסיס לשיטה חדשה של טיפול פוטודינמי במלנומה באמצעות ויטמין B2.

חלבונים מיוחדים של צמחים

אחד מהפרסים הוענק לצוות מדענים בסנט פטרסבורג על גילוי חלבוני עמילואיד בצמחים, האחראים על הצטברות חומרי הזנה בתוך הזרעים. 

• עמילואיד

מבחינה אדריכלית, עמילואיד הוא חלבון שאינו מסתעףסיבים המורכבים ממונומרים המחוברים בעיקר על ידי קשרי מימן בין שרשראות ה-β של יריעות β בין מולקולריות הממוקמות בניצב לציר הרוחבי של הפיבריל.

וריאנט זה של מבנה הפיבריל נקרא"cross-β", והוא האוניברסלי ביותר. יריעות β בסיב עמילואיד יכולות להיות ממוקמות במקביל זו לזו וברישום (חומצות אמינו דומות של שרשראות β שכנות ממוקמות זו על גבי זו ומחוברות בקשרי מימן).

עמילואידים עם אנטי-מקבילכיוון של שרשראות β. לסיברי פריון (חלבון עמילואידי מדבק) ל- HET-s ascomycete Podospora anserina בצורה של β-helices יש גם אפשרות קיפול מעניינת.

• מִבְנֶה

לעמילואיד יש מבנה מורכב.המרכיב העיקרי שלו הוא חלבונים, שביניהם נמצאים גם חלבונים פיבריריים (רקמות) כמו קולגן וחלבוני פלזמה - α- ו-γ-גלובולינים, פיברינוגן.

פוליסכרידים עמילואידים מיוצגים על ידיחומצות כונדרואיטין גופרתיות והיאלורוניות, הפרין, חומצה נויראמינית, עם כונדרויטין סולפטים השולטים. לעמילואיד יש תכונות אנטיגניות; עמיד לפעולת אנזימים רבים, חומצות, אלקליות בשל חוזק הקשרים בין רכיבי החלבון והפוליסכריד. 

• פְּתִיחָה

חתני הפרס היו הראשונים בעולם שגילו בצמחים ולחיידקים סימביוטיים יש חלבונים פונקציונליים ספציפיים - עמילואידים, בעלי עמידות ייחודית לפעולת אנזימי העיכול ויכולים להתמיד לאורך שנים בסביבה החיצונית. הם נמצאו בעבר בחיידקים, ארכאים, בעלי חיים ופטריות, אך זו הפעם הראשונה שהם נמצאו בצמחים.

צורה פיברילרית מיוחדת של חלבונים -עמילואידים - נודעו בקשר שלהם למספר מחלות הנגרמות על ידי צבירה לא תקינה של חלבון (עמילואידוזיס). בסך הכל, יש יותר מ-40 מחלות אנושיות הקשורות לעמילואידים, והן קשות מאוד לטיפול או חשוכות מרפא לחלוטין (סוכרת, סרטן, אלצהיימר וכדומה).

הגילוי של חלבוני עמילואיד בצמחים התאפשר הודות לאלגוריתם הביואינפורמטיקה שפיתחו המחברים, שהוא היצרני ביותר בהשוואה לאנלוגים.

בעזרתו, לראשונה בעולם, כולוקבוצה של חלבונים ונקבע בדיוק רב כי לחלבוני אגירה של זרעי צמח, שהם המרכיב החשוב ביותר בתזונה האנושית, יש נטייה ליצור עמילואידים. כמו גם חלבונים של חיידקים סימביוטיים, האחראים על יחסי הגומלין שלהם עם צמחים.

גידולים ממאירים

יבגניה דולגוב, יקטרינה פוטר ואנסטסיהפרוסקורינה ממרכז המחקר הפדרלי "המכון לציטולוגיה וגנטיקה של הענף הסיבירי של האקדמיה הרוסית למדעים" זכתה בפרס "על היווצרות אידיאולוגיה חדשה בטיפול בחולים עם גידולים ממאירים, המבוססת על זמן מתואם. פעולה של תכשירים חדשניים של חומצות גרעין וציטוסטטיות צולבות." ;

חתני הפרס יצרו ובדקו שתי טכנולוגיות ייחודיות לטיפול בגידולים של אטיולוגיות שונות, המבוססות על עקרונות שלא היו ידועים בעבר.

• פנגן

הטכנולוגיה הראשונה היא השימוש בתרופה "Panagen" המבוססת על DNA דו-גדילי מקוטע, בתיאום עם כימותרפיה.

מדענים ערכו בהצלחה פרה-קלינימחקרים, שלבים I ו- II של ניסויים קליניים "Panagena" בטיפול בסרטן השד. הם הוכיחו כי התרופה לא רק מפחיתה את ההשפעות השליליות של כימותרפיה, אלא גם מקדמת הפעלת חסינות נגד גידולים.

• קרנהאן

טכנולוגיה שנייה - "Karanahan"-הינה שיטה ייחודית לבחירת משטר הזרקה של ציטוסטטיקה החוסמת חלוקת תאים ותרופה מבוססת DNA בנפרד עבור כל גידול.

כתוצאה מפעולה משולבת של שני פעיליםחומרים, תאי גידול נהרסים, כולל תאי גזע של גידול. הטכנולוגיה נוסתה בהצלחה על גידולים ניסיוניים של עכברים ובני אדם.

זו יכולה להיות גם אפשרות טיפול עצמאית וגם סוג של פלטפורמה לשימוש יעיל יותר בכל התרופות והטכנולוגיות נגד סרטן.

ממשק מוח-מחשב

ולדימיר מקסימנקו מ"אוניברסיטת Innopolis "(טטרסטן) הוענק הפרס על פיתוח ממשקי מוח-מחשב פולשניים ולא פולשניים לניטור פעילות מוחית תקינה ופתולוגית.

• NKI

ממשק מחשב המוח (NCI) (נקרא גםממשק עצבי ישיר,ממשק מוחי,ממשק מוח-מחשב) היא מערכת שנוצרה לחילופי מידע בין המוח למכשיר אלקטרוני (לדוגמה, מחשב).

בממשקים חד-כיווניים, מכשירים חיצונייםיכול לקבל אותות מהמוח או לשלוח אליו אותות (לדוגמה, חיקוי הרשתית של העין בעת ​​החזרת הראייה באמצעות שתל אלקטרוני).

ממשקים דו כיווניים מאפשרים למוח ומכשירים חיצוניים מחליפים מידע בשני הכיוונים. שיטת הביו-פידבק משמשת לעיתים קרובות במרכז ממשק הנוירו-מחשב.

• ניסויים בבעלי חיים

כמה מעבדות הצליחו להקליט אותותמקליפת המוח של קופים וחולדות כדי לשלוט ב- NCI במהלך התנועה. הקופים שלטו בסמן על מסך המחשב ונתנו הוראות לבצע את הפעולות הפשוטות ביותר לרובוטים המחקים יד, נפשית וללא תנועות. מחקרים אחרים שעסקו בחתולים בדקו פענוח רמזים חזותיים.

• פְּתִיחָה

כתוצאה מכך, המדען פיתח מספר מתמטייםמודלים של רשתות עצביות, וכן שלושה ממשקי נוירו-מחשב ("מוח-מחשב"). הממשקים שנוצרו מאפשרים באופן פולשני, כלומר באמצעות גירוי חשמלי, למנוע ולחסום התקפים בחולי אפילפסיה.

לדוגמא, ניתן להשתמש בשיטה זו כאשר התרופות להקלה על התקף אינן יעילות.

בנוסף, הממשקים מאפשרים באופן לא פולשני, אם כןאין חדירה דרך המרכיבים החיצוניים של הגוף, כדי לדמות פעילות מוטורית דמיונית ולקבוע את ריכוז הקשב, החשוב לשיקום חולים לאחר אירוע מוחי, כאשר מלמדים תלמידי בית ספר וכו '.

קרא עוד

תסתכל על תמונה של 8 טריליון פיקסלים של מאדים

מנוע רקטות גרעיני נבנה לטיסות למאדים. איך זה מסוכן?

הפלה ומדע: מה יקרה לילדים שילדו