Platforma metodologiczna do odtwarzalnej syntezy nanokryształów
Nanokryształ Wąsów (NW), często nazywanytakże nanowhisker (od angielskiego nanowhisker) lub nanofilament, nanodrut, a także nanopręt jest nanomateriałem jednowymiarowym, którego długość znacznie przekracza inne wymiary, które z kolei nie przekraczają kilkudziesięciu nanometrów.
Istnieją różne typy NOC,
Jest kilka fundamentalnie różnychmechanizmy otrzymywania nanostruktur jednowymiarowych, które można podzielić na metody otrzymywania struktur swobodnych (np. mechanizm wzrostu „para – ciekło – kryształ”) oraz z wykorzystaniem metod technologii planarnej, a także kilka innych.
- Mechanizm wzrostu "para - ciecz - kryształ"
Najczęstszy mechanizm wzrostupółprzewodnikowe NWs to mechanizm parowo-ciekłokrystaliczny, który został zademonstrowany w 1964 roku. W tej metodzie wzrost epitaksjalny NW odbywa się poprzez chemiczne osadzanie z fazy gazowej lub epitaksję z wiązek molekularnych.
W tym celu na powierzchni podłoża osadza się najpierw cienką warstwę złota, która działa jak katalizator, po czym temperatura w komorze wzrasta, a złoto tworzy układ kropelek.
Dalsze składniki do wzrostu są karmionemateriał półprzewodnikowy, taki jak pierwiastki In i P, do wzrostu NW InP. Efekt aktywacji przez cząsteczki katalizatora polega na tym, że wzrost na powierzchni pod kroplą następuje wielokrotnie szybciej niż na powierzchni nieaktywowanej, a więc kropla katalizatora unosi się nad powierzchnię, wyrastając pod nią wąsik.
- Planarne metody technologiczne
Czasami, aby stworzyć jednowymiarowe nanoobiekty,zwane także NW lub nanofilamentami, wykorzystują techniki technologii planarnej. Na przykład, stosując metody fotolitografii i trawienia, na powierzchni, na której osadza się materiał, powstają pionowe rowki lub rowki w kształcie litery V. Zbierając się w tych rowkach lub rowkach, materiał tworzy niejako jednowymiarowe nanostruktury odpowiednio w kierunku pionowym lub poziomym.
Inna metoda otrzymywania jednowymiarowych nanostrukturjest to na podłożu SOI przy użyciu foto' i litografii elektronowej tworzona jest warstwa maski z wzorem o pożądanej NW. Następnie przez tę warstwę wytrawia się wierzchnią warstwę krzemu, pozostawiając na izolatorze jedynie krzem NW. W niektórych przypadkach izolator jest również wytrawiany od spodu NW, pozostawiając wolne nanostruktury.
- Spontaniczny wzrost
Najprostsza metoda otrzymania tlenku NWmetal Jest to zwykłe ogrzewanie metali w powietrzu, które można łatwo wykonać w domu. Mechanizmy wzrostu są znane od lat pięćdziesiątych XX wieku. Spontaniczne powstawanie NW następuje za pomocą defektów sieci krystalicznej: dyslokacji występujących w określonych kierunkach lub anizotropii wzrostu różnych ścian kryształu.
W następstwie postępu w mikroskopii wykazano wzrost NW poprzez dyslokacje śrubowe lub granice bliźniacze.
Khaidukov opracował platformę metodologicznądo powtarzalnej syntezy nanokryształów, które napromieniowane niskoenergetycznymi falami elektromagnetycznymi, reemitują fotony o wyższych energiach po serii przejść elektronowych w atomach. W takim przypadku widmo takiego promieniowania można dostroić.
- Otwarcie
Jedną z nagród przyznano szefowilaboratorium Federalnego Centrum Badawczego „Krystalografia i Fotonika” Rosyjskiej Akademii Nauk Jewgienijowi Chaidukowej za opracowanie zaawansowanych technologii na platformie antystokesowskich nanokryształów.
Zsyntetyzowane w ten sposób nanokryształy mająperspektywy zastosowania w wielu obszarach. Na przykład do sondowania procesów biologicznych w komórkach oraz do praktycznego zastosowania w diagnostyce medycznej i terapii. W szczególności rozwój ten posłużył jako podstawa do nowej metody fotodynamicznej terapii czerniaka przy użyciu witaminy B2.
Specjalne białka roślinne
Jedną z nagród przyznano zespołowi naukowców z Petersburga za odkrycie w roślinach białek amyloidowych, które odpowiadają za gromadzenie składników odżywczych w nasionach.
- Skrobiowaty
Architektonicznie amyloid jest białkiem nierozgałęzionymwłókienka składające się z monomerów połączonych głównie wiązaniami wodorowymi pomiędzy łańcuchami β międzycząsteczkowych arkuszy β, położonych prostopadle do osi bocznej włókienka.
Ten wariant struktury włókienkowej nazywa się„cross-β” i jest on najbardziej uniwersalny. Arkusze β we włókienku amyloidowym mogą być ułożone równolegle do siebie i w rejestrze (podobne aminokwasy sąsiadujących łańcuchów β znajdują się jeden na drugim i są połączone wiązaniami wodorowymi).
Mniej powszechne amyloidy o działaniu przeciwrównoległymorientacja łańcuchów β. Ciekawą opcję fałdowania mają również fibryle prionów (zakaźne białko amyloidowe) HET-s ascomycete Podospora anserina w postaci β-helis.
- Struktura
Amyloid ma złożoną strukturę.Jego głównym składnikiem są białka, wśród których znajdują się zarówno białka włókniste (tkankowe), takie jak kolagen, jak i białka osocza - α- i γ-globuliny, fibrynogen.
Polisacharydy amyloidowe są reprezentowane przezkwas chondroitynowy, siarkowy i hialuronowy, heparyna, kwas neuraminowy, z przewagą siarczanów chondroityny. Amyloid ma właściwości antygenowe; odporny na działanie wielu enzymów, kwasów, zasad ze względu na siłę wiązań pomiędzy białkiem a składnikami polisacharydowymi.
- Otwarcie
Laureaci jako pierwsi na świecie odkryli w roślinach iBakterie symbiotyczne posiadają specyficzne białka funkcjonalne – amyloidy, które posiadają wyjątkową odporność na działanie enzymów trawiennych i mogą przetrwać latami w środowisku zewnętrznym. Znaleziono je już wcześniej u bakterii, archeonów, zwierząt i grzybów, ale po raz pierwszy odkryto je u roślin.
Specjalna włóknista forma białek —amyloidy – zasłynęły z związku z wieloma chorobami wywołanymi nieprawidłową agregacją białek (amyloidozą). W sumie istnieje ponad 40 chorób ludzkich związanych z amyloidami, które są bardzo trudne w leczeniu lub całkowicie nieuleczalne (cukrzyca, nowotwór, choroba Alzheimera i tak dalej).
Odkrycie białek amyloidowych w roślinach stało się możliwe dzięki opracowanemu przez autorów algorytmowi bioinformatycznemu, który jest najbardziej produktywny w porównaniu z analogami.
Z jego pomocą po raz pierwszy na świecie cała,zestawu białek i z dużą dokładnością ustalono, że białka zapasowe nasion roślin, które są najważniejszym składnikiem diety człowieka, mają tendencję do tworzenia amyloidów. A także białka bakterii symbiotycznych, które odpowiadają za ich interakcje z roślinami.
Nowotwory złośliwe
Evgenia Dołgow, Ekaterina Potter i AnastazjaProskurina z Federalnego Centrum Badawczego „Instytut Cytologii i Genetyki Syberyjskiego Oddziału Rosyjskiej Akademii Nauk” otrzymała nagrodę „za ukształtowanie nowej ideologii w leczeniu pacjentów z nowotworami złośliwymi, w oparciu o skoordynowane czasowo działanie innowacyjnych preparatów kwasów nukleinowych i cytostatyków sieciujących." ;
Laureaci stworzyli i przetestowali dwie unikalne technologie leczenia nowotworów o różnej etiologii, oparte na nieznanych wcześniej zasadach.
- Panagen
Pierwszą technologią jest zastosowanie leku „Panagen” opartego na fragmentowanym dwuniciowym DNA, skoordynowanego z chemioterapią.
Naukowcy z powodzeniem przeprowadzili badania przedklinicznebadania, I i II faza badań klinicznych „Panagena” w leczeniu raka piersi. Udowodnili, że lek nie tylko zmniejsza negatywne skutki chemioterapii, ale także sprzyja aktywacji odporności przeciwnowotworowej.
- Karanahan
Druga technologia — „Karanahan”—to unikalna metoda doboru schematu wstrzyknięć cytostatyków blokujących podział komórek oraz leku na bazie DNA indywidualnie dla każdego nowotworu.
W wyniku połączonego działania dwóch aktywnychsubstancji, komórki nowotworowe, w tym komórki macierzyste nowotworu, ulegają zniszczeniu. Technologia została pomyślnie przetestowana na eksperymentalnych nowotworach myszy i ludzi.
Może być zarówno samodzielną opcją leczenia, jak i rodzajem platformy do bardziej efektywnego stosowania dowolnych leków i technologii przeciwnowotworowych.
Interfejs mózg-komputer
Władimir Maksimenko z „Uniwersytetu Innopolis”(Tatarstan) nagroda została przyznana za opracowanie inwazyjnych i nieinwazyjnych interfejsów mózg-komputer do monitorowania normalnej i patologicznej aktywności mózgu.
- NKI
Interfejs mózg-komputer (NCI) (zwany takżebezpośredni interfejs neuronowy,interfejs mózgu,interfejs mózg-komputer) to system stworzony w celu wymiany informacji między mózgiem a urządzeniem elektronicznym (na przykład komputerem).
W interfejsach jednokierunkowych urządzenia zewnętrznemoże albo odbierać sygnały z mózgu, albo wysyłać je do niego (na przykład imitując siatkówkę oka podczas przywracania wzroku za pomocą implantu elektronicznego).
Dwukierunkowe interfejsy pozwalają mózgowi iurządzenia zewnętrzne wymieniają informacje w obu kierunkach. Interfejs neurokomputera często opiera się na metodzie biofeedbacku.
- Eksperymenty na zwierzętach
Kilka laboratoriów zdołało zarejestrować sygnałyz kory mózgowej małp i szczurów w celu kontrolowania NCI podczas ruchu. Małpy kontrolowały kursor na ekranie komputera i wydawały instrukcje wykonywania najprostszych czynności robotom imitującym rękę, mentalnie i bez żadnych ruchów. Inne badania z udziałem kotów dotyczyły odczytywania wskazówek wizualnych.
- Otwarcie
W rezultacie naukowiec opracował szereg rozwiązań matematycznychmodele sieci neuronowych, a także trzy interfejsy neuro-komputer („mózg-komputer”). Stworzone interfejsy pozwalają inwazyjnie, czyli za pomocą stymulacji elektrycznej, zapobiegać i blokować napady u pacjentów chorych na padaczkę.
Na przykład tę metodę można zastosować, gdy leki łagodzące atak są nieskuteczne.
Ponadto interfejsy umożliwiają nieinwazyjne, a następnienie ma penetracji przez zewnętrzne powłoki ciała, symulowania wyimaginowanej aktywności ruchowej i określania koncentracji uwagi, co jest ważne dla rehabilitacji pacjentów po udarze, podczas nauczania dzieci w wieku szkolnym i tak dalej.
Czytaj więcej
Spójrz na 8 bilionów pikseli obrazu Marsa
Budowany jest atomowy silnik rakietowy do lotów na Marsa. Jak to jest niebezpieczne?
Aborcja i nauka: co stanie się z dziećmi, które będą rodzić