Methodologisch platform voor reproduceerbare synthese van nanokristallen
Whiskers nanokristal (NW), vaak genoemdook nanowhisker (van het Engelse nanowhisker) of nanofilament, nanodraad, evenals nanorod is een eendimensionaal nanomateriaal waarvan de lengte aanzienlijk groter is dan andere dimensies, die op hun beurt niet groter zijn dan enkele tientallen nanometers.
Er zijn verschillende soorten NOC’s,
Er zijn verschillende fundamenteel verschillendmechanismen voor het verkrijgen van eendimensionale nanostructuren, die kunnen worden onderverdeeld in methoden voor het verkrijgen van vrije structuren (bijvoorbeeld het groeimechanisme "damp - vloeibaar kristal") en met behulp van de methoden van planaire technologie, evenals enkele andere.
- Groeimechanisme "damp - vloeistof - kristal"
Het meest voorkomende groeimechanismehalfgeleider NWs is een damp-vloeibaar-kristal-mechanisme dat al in 1964 werd gedemonstreerd. Deze methode implementeert de epitaxiale groei van NWs door chemische dampafzetting of moleculaire bundelepitaxie.
Om dit te doen, wordt eerst een dunne film van goud op het oppervlak van het substraat afgezet, die als katalysator werkt, waarna de temperatuur in de kamer stijgt en het goud een reeks druppels vormt.
Verdere componenten voor groei worden gevoedhalfgeleidermateriaal, zoals de elementen In en P voor de groei van InP NWs. Het effect van activering door katalysatordeeltjes is dat groei op het oppervlak onder de druppel vele malen sneller plaatsvindt dan op het niet-geactiveerde oppervlak, waardoor de katalysatordruppel boven het oppervlak stijgt en er een snorhaar onder groeit.
- Planaire technologiemethoden
Soms om eendimensionale nanoobjecten te maken,die ook NW's of nanofilamenten worden genoemd, maken gebruik van vlakke technologietechnieken. Met behulp van fotolithografie en etsmethoden worden bijvoorbeeld verticale groeven of V-vormige groeven gecreëerd op het oppervlak waarin materiaal wordt afgezet. Door zich in deze groeven of groeven te verzamelen, vormt het materiaal als het ware eendimensionale nanostructuren in respectievelijk verticale of horizontale richting.
Een andere methode voor het verkrijgen van eendimensionale nanostructurenis dat op het SOI-substraat met behulp van foto— en elektronenlithografie wordt een maskerlaag met een patroon van de gewenste NW gecreëerd. Vervolgens wordt door deze laag de oppervlaktelaag van silicium weggeëtst, waardoor alleen het silicium NW op de isolator achterblijft. In sommige gevallen wordt de isolator ook weggeëtst van onder de NW, waardoor vrije nanostructuren achterblijven.
- Spontane groei
De eenvoudigste methode om NW-oxide te verkrijgenmetaal Dit is de gebruikelijke verwarming van metalen in de lucht en kan eenvoudig thuis worden gedaan. De groeimechanismen zijn al sinds de jaren vijftig bekend. Spontane vorming van NW's vindt plaats met behulp van kristalroosterdefecten: dislocaties die in bepaalde richtingen aanwezig zijn of anisotropie van de groei van verschillende kristalvlakken.
Na vooruitgang in de microscopie is NW-groei via schroefdislocaties of tweelinggrenzen aangetoond.
Khaidukov ontwikkelde een methodologisch platformvoor reproduceerbare synthese van nanokristallen die, wanneer ze worden bestraald met elektromagnetische golven met lage energie, fotonen met een hogere energie opnieuw uitzenden na een reeks elektronische overgangen in atomen. Bovendien kan het spectrum van dergelijke straling worden afgestemd.
- Opening
Een van de prijzen ging naar het hoofdlaboratorium van het Federaal Onderzoekscentrum "Kristallografie en Fotonica" van de Russische Academie van Wetenschappen aan Evgeny Khaidukova voor de ontwikkeling van geavanceerde technologieën op het platform van anti-Stokes nanokristallen.
De op deze manier gesynthetiseerde nanokristallen hebbentoepassingsmogelijkheden op een aantal gebieden. Bijvoorbeeld voor het onderzoeken van biologische processen in cellen en praktische toepassing in medische diagnostiek en therapie. In het bijzonder diende de ontwikkeling als basis voor een nieuwe methode van fotodynamische therapie voor melanoom met vitamine B2.
Speciale eiwitten van planten
Eén van de prijzen werd toegekend aan een team van wetenschappers uit St. Petersburg voor de ontdekking van amyloïde eiwitten in planten, die verantwoordelijk zijn voor de ophoping van voedingsstoffen in zaden.
- Amyloïde
Architectonisch gezien is amyloïde een niet-vertakkend eiwitfibrillen bestaande uit monomeren die voornamelijk zijn verbonden door waterstofbruggen tussen de β-ketens van intermoleculaire β-platen die loodrecht op de laterale as van de fibril staan.
Deze variant van de fibrilstructuur wordt genoemd"cross-β", en het is het meest universeel. β-sheets in een amyloïde fibril kunnen parallel aan elkaar en in register liggen (soortgelijke aminozuren van aangrenzende β-ketens bevinden zich bovenop elkaar en zijn verbonden door waterstofbruggen).
Amyloïden met antiparalleloriëntatie van β-ketens. Fibrillen van prion (infectieus amyloïde eiwit) HET-s ascomycete Podospora anserina in de vorm van β-helices hebben ook een interessante vouwoptie.
- Structuur
Amyloïde heeft een complexe structuur.Het hoofdbestanddeel zijn eiwitten, waaronder zowel fibrillaire (weefsel) eiwitten zoals collageen- als plasma-eiwitten - α- en γ-globulinen, fibrinogeen.
Amyloïde polysachariden worden weergegeven doorchondroïtinezwavel- en hyaluronzuren, heparine, neuraminezuur, waarbij chondroïtinesulfaten overheersen. Amyloïde heeft antigene eigenschappen; bestand tegen de werking van vele enzymen, zuren en logen dankzij de sterkte van de bindingen tussen de eiwit- en polysacharidecomponenten.
- Opening
De laureaten waren de eersten ter wereld die ontdekten in planten ensymbiotische bacteriën hebben specifieke functionele eiwitten - amyloïden, die een unieke weerstand hebben tegen de werking van spijsverteringsenzymen en jarenlang in de externe omgeving kunnen blijven bestaan. Ze zijn eerder aangetroffen in bacteriën, archaea, dieren en schimmels, maar dit is de eerste keer dat ze in planten worden aangetroffen.
Een speciale fibrillaire vorm van eiwitten —amyloïden – werden bekend vanwege hun associatie met een aantal ziekten veroorzaakt door abnormale eiwitaggregatie (amyloïdose). In totaal zijn er meer dan 40 menselijke ziekten geassocieerd met amyloïden, en deze zijn zeer moeilijk te behandelen of volledig ongeneeslijk (diabetes, kanker, de ziekte van Alzheimer, enzovoort).
De ontdekking van amyloïde eiwitten in planten werd mogelijk dankzij het door de auteurs ontwikkelde bio-informatica-algoritme, dat het meest productief is in vergelijking met analogen.
Met zijn hulp, voor het eerst ter wereld, de heleeen set eiwitten en er werd met grote nauwkeurigheid vastgesteld dat opslageiwitten van plantenzaden, die het belangrijkste onderdeel van het menselijke dieet vormen, de neiging hebben om amyloïden te vormen. Evenals eiwitten van symbiotische bacteriën, die verantwoordelijk zijn voor hun interacties met planten.
Kwaadaardige tumoren
Evgenia Dolgov, Ekaterina Potter en AnastasiaProskurina van het Federaal Onderzoekscentrum “Instituut voor Cytologie en Genetica van de Siberische Tak van de Russische Academie van Wetenschappen” ontving de prijs “voor de vorming van een nieuwe ideologie bij de behandeling van patiënten met kwaadaardige tumoren, gebaseerd op de tijdgecoördineerde werking van innovatieve nucleïnezuurpreparaten en crosslinkende cytostatica.";
De laureaten hebben twee unieke technologieën ontwikkeld en getest voor de behandeling van tumoren met verschillende etiologieën, gebaseerd op voorheen onbekende principes.
- Panagen
De eerste technologie is het gebruik van het medicijn "Panagen", gebaseerd op gefragmenteerd dubbelstrengs DNA, gecoördineerd met chemotherapie.
Wetenschappers hebben met succes preklinisch onderzoek uitgevoerdstudies, I en II fasen van klinische proeven "Panagena" bij de behandeling van borstkanker. Ze bewezen dat het medicijn niet alleen de negatieve effecten van chemotherapie vermindert, maar ook de activering van antitumorimmuniteit bevordert.
- Karanahan
Tweede technologie — “Karanahan”—is een unieke methode voor het selecteren van een injectieregime van een cytostaticum dat de celdeling blokkeert en een op DNA gebaseerd medicijn afzonderlijk voor elke tumor.
Als resultaat van de gecombineerde actie van twee actievestoffen worden tumorcellen vernietigd, inclusief tumorstamcellen. De technologie werd met succes getest op experimentele muizen- en menselijke tumoren.
Het kan zowel een onafhankelijke behandelingsoptie zijn als een soort platform voor een effectiever gebruik van geneesmiddelen en technologieën tegen kanker.
Brain-computer-interface
Vladimir Maksimenko van "Innopolis Universiteit"(Tatarstan) de prijs werd toegekend voor de ontwikkeling van invasieve en niet-invasieve hersen-computerinterfaces voor het monitoren van normale en pathologische hersenactiviteit.
- НКИ
Braincomputerinterface (NCI) (ook weldirecte neurale interface,herseninterface,brein-computer interface) is een systeem dat is gemaakt voor de uitwisseling van informatie tussen de hersenen en een elektronisch apparaat (bijvoorbeeld een computer).
In unidirectionele interfaces, externe apparatenkan signalen van de hersenen ontvangen of er signalen naartoe sturen (bijvoorbeeld door het netvlies van het oog te imiteren bij het herstellen van het gezichtsvermogen met een elektronisch implantaat).
Bidirectionele interfaces zorgen ervoor dat de hersenen enexterne apparaten wisselen informatie in beide richtingen uit. De interface van de neurocomputer is vaak gebaseerd op de biofeedback-methode.
- Dierproeven
Verschillende laboratoria slaagden erin signalen op te nemenvan de hersenschors van apen en ratten om de NCI tijdens beweging te controleren. De apen bestuurden de cursor op het computerscherm en gaven instructies om de eenvoudigste handelingen uit te voeren aan robots die een hand imiteren, mentaal en zonder enige beweging. Andere onderzoeken met katten hebben gekeken naar het ontcijferen van visuele signalen.
- Opening
Als gevolg hiervan ontwikkelde de wetenschapper een aantal wiskundigemodellen van neurale netwerken, evenals drie neuro-computerinterfaces ("hersencomputer"). De gecreëerde interfaces maken het mogelijk om invasief, dat wil zeggen door middel van elektrische stimulatie, aanvallen bij patiënten met epilepsie te voorkomen en te blokkeren.
Deze methode kan bijvoorbeeld worden gebruikt wanneer medicatie om een aanval te verlichten niet effectief is.
Bovendien maken de interfaces niet-invasieve, daner is geen penetratie door de externe integumenten van het lichaam, om denkbeeldige motoriek te simuleren en om de concentratie van aandacht te bepalen, wat belangrijk is voor de revalidatie van patiënten na een beroerte, bij het lesgeven aan schoolkinderen, enzovoort.
Lees verder
Kijk naar een afbeelding van 8 biljoen pixels van Mars
Er wordt een nucleaire raketmotor gebouwd voor vluchten naar Mars. Hoe is het gevaarlijk?
Abortus en wetenschap: wat gebeurt er met de kinderen die zullen bevallen