Методологічна платформа для відтвореного синтезу нанокристалів
Ниткоподібний нанокристал (ННК), часто званийтакож нановіскер (від англ. nanowhisker) або наноніт, нанодрот, а також наностержень — це одновимірний наноматеріал, довжина якого значно перевищує інші виміри, які, своєю чергою, вбираються у кілька десятків нанометрів.
Існують різні види ПНК,
Існує кілька принципово різнихмеханізмів отримання одновимірних наноструктур, які можна поділити на методи для отримання вільних структур (наприклад, механізм росту «пар - рідина - кристал») і використовують методи планарной технології, а також деякі інші.
- Механізм зростання «пар - рідина - кристал»
Найбільш поширеним механізмом зростаннянапівпровідникових ННК є механізм «пар - рідина - кристал», який був продемонстрований ще в 1964 році. В даному методі здійснюється епітаксіальний зростання ННК методами хімічного осадження з газової фази або молекулярно-пучкової епітаксії.
Для цього на поверхню підкладки спочатку осідає тонка плівка золота, що грає роль каталізатора, після чого в камері підвищується температура, і золото утворює масив крапель.
Далі подаються компоненти для зростаннянапівпровідникового матеріалу, наприклад елементи In і P для зростання InP ННК. Ефект активації частинками каталізатора полягає в тому, що зростання на поверхні під краплею відбувається у багато разів швидше, ніж на неактивованої поверхні, таким чином, крапля каталізатора піднімається над поверхнею, нарощуючи під собою ниткоподібний кристал.
- Методи планарной технології
Іноді для створення одновимірних нанооб'єктів,які також називають ННК чи нанонітями, використовують методи планарної технології. Наприклад, на поверхні методами фотолітографії та травлення створюються вертикальні пази або V-подібні канавки, в які осаджується матеріал. Збираючись у даних пазах чи канавках, матеріал утворює як би одномірні наноструктури у вертикальному чи горизонтальному напрямах відповідно.
Інший метод отримання одновимірних наноструктурполягає в тому, що на SOI-підкладці методами фото— та електронної літографії створюється масочний шар з малюнком бажаного ННК. Далі через цей шар поверхневий шар кремнію стравлюється, залишаючи лише ННК кремнію на ізоляторі. У деяких випадках ізолятор також витравлюють з-під ННК, залишаючи вільні наноструктури.
- спонтанне зростання
Найпростіший метод отримання ННК оксидуметалу це звичайне нагрівання металів на повітрі може бути легко зробити в домашніх умовах. Механізми зростання відомі з 1950-х років. Спонтанне утворення ННК відбувається за допомогою дефектів кристалічних ґрат: дислокацій, присутніх у певних напрямках або анізотропії зростання різних граней кристала.
Після просування в мікроскопії, продемонстровано зростання ННК за допомогою гвинтових дислокацій або меж двійників.
Хайдуков розробив методологічну платформудля відтвореного синтезу нанокристалів, які, будучи опроміненими електромагнітними хвилями низької енергії, після ряду електронних переходів в атомах переіспускают фотони вже більш високої енергії. При цьому спектр такого випромінювання можна налаштовувати.
- відкриття
Одна з премій присуджена завідувачулабораторією Федерального науково-дослідного центру «Кристалографія і фотоніка» РАН Євгену Хайдукова за розробку передових технологій на платформі антистоксових нанокристалів.
Синтезовані таким чином нанокристали маютьперспективи застосування в цілому ряді областей. Наприклад, для зондування біологічних процесів в клітинах і практичного застосування в медичній діагностиці та терапії. Зокрема розробка послужила основою нового методу фотодинамічної терапії меланоми з використанням вітаміну B2.
Особливі білки рослин
Одна з премій присуджена колективу петербурзьких учених за відкриття амілоїдних білків у рослин, які відповідають за накопичення поживних речовин усередині насіння.
- амілоїд
Архітектурно амілоїд — це білкові, що не гілкуються.фібрили, що складаються з мономерів, пов'язаних переважно за рахунок водневих зв'язків між β-ланцюгами міжмолекулярних β-шарів, розташованих перпендикулярно до латеральної осі фібрили.
Даний варіант структури фібрили називають"крос-β", і він є найбільш універсальним. β-шари в амілоїдній фібрилі можуть розташовуватися паралельно один одному і в регістрі (подібні амінокислоти сусідніх β-ланцюгів знаходяться один над одним і з'єднані водневими зв'язками).
Рідше зустрічаються амілоїд з антипараллельнойорієнтацією β-ланцюгів. Також цікавий варіант укладання мають фібрили приона (інфекційного амілоїдного білка) HET-s аскомицетов Podospora anserina у вигляді β-спіралей.
- будова
Амілоїд має складну будову.Основним компонентом його є білки, серед яких виявлені як фібрилярні (тканинні) білки типу колагену, так і білки плазми - α- і γ-глобуліни, фібриноген.
Полісахариди амілоїду представленіхондроїтинсерною та гіалуроновою кислотами, гепарином, нейраміновою кислотою, причому переважають хондроїтинсульфати. Амілоїд має антигенні властивості; стійкий до дії багатьох ферментів, кислот, лугів завдяки міцності зв'язків між білковими та полісахаридними компонентами.
- відкриття
Лауреати вперше у світі виявили у рослин тасимбіотичних бактерій специфічні функціональні білки - амілоїди, що володіють унікальною стійкістю до дії травних ферментів і здатні роками зберігатися в зовнішньому середовищі. Їх раніше зустрічали у бактерій, архей, тварин та грибів, але вперше знайшли у рослин.
Особлива фібрилярна форма білків -амілоїди стала відома завдяки своєму зв'язку з низкою захворювань, викликаних аномальною агрегацією білка (амілоїдоз). Усього існує понад 40 хвороб людини, пов'язаних з амілоїдами, причому вони насилу піддаються лікуванню або є зовсім невиліковними (діабет, рак, Альцгеймер і так далі).
Відкриття амілоїдних білків у рослин стало можливим завдяки розробленому авторами біоінформатичного алгоритму, що є найбільш продуктивним у порівнянні з аналогами.
З його допомогою вперше в світі була досліджена всясукупність білків і з високою точністю визначено, що схильністю до формування амілоїд мають запасні білки насіння рослин, які є найважливішим компонентом раціону харчування людини. А також білки симбіотичних бактерій, які відповідають за їх взаємодії з рослинами.
злоякісні пухлини
Євгенію Долгову, Катерину Поттер та АнастасіюПроскурину з Федерального дослідницького центру «Інститут цитології та генетики Сибірського відділення Російської академії наук» нагородили премією «за формування нової ідеології в лікуванні пацієнтів зі злоякісними пухлинами, заснованої на скоординованій за часом дії інноваційних препаратів нуклеїнових кислот і крос-nb». ;
Лауреати створили і апробували дві унікальні технології лікування пухлин різної етіології, засновані на раніше невідомих принципах.
- панагію
Перша технологія є скоординованим з хіміотерапією застосування препарату «Панаген» на основі фрагментованої дволанцюжкової ДНК.
Вчені успішно провели доклінічнідослідження, I і II фази клінічних досліджень «Панагія» при лікуванні раку молочної залози. Вони довели, що препарат не тільки знижує негативні наслідки хіміотерапії, але і сприяє активації протипухлинного імунітету.
- Каранахан
Друга технологія — «Каранахан»є унікальним методом підбору режиму ін'єкцій цитостатика, що блокує поділ клітин, і препарату на основі ДНК індивідуально для кожної пухлини.
В результаті спільної дії двох активнихсубстанцій відбувається знищення пухлинних клітин, включаючи стовбурові пухлинні клітини. Технологія була успішно апробована на експериментальних пухлинах миші та людини.
Вона може бути як самостійним варіантом лікування, так і бути своєрідною платформою для більш ефективного використання будь-яких протипухлинних засобів і технологій.
Інтерфейс «мозок — комп'ютер»
Володимиру Максименко з «Університету Іннополіс»(Татарстан) нагороду присудили за розробку інвазивних і неінвазивних інтерфейсів «мозок - комп'ютер» для контролю нормальної і патологічної активності мозку.
- МКІ
Нейрокомп'ютерний інтерфейс (НКІ) (називається такожпрямий нейронний інтерфейс,мозкової інтерфейс,інтерфейс «мозок - комп'ютер») — система, створена для обміну інформацією між мозком і електронним пристроєм (наприклад, комп'ютером).
В односпрямованих інтерфейсах зовнішні пристроїможуть приймати сигнали від мозку, або посилати йому сигнали (наприклад, імітуючи сітківку ока при відновленні зору електронним імплантатом).
Двонаправлені інтерфейси дозволяють мозку ізовнішніх пристроїв обмінюватися інформацією в обох напрямках. В основі нейрокомп'ютерних інтерфейсу часто використовується метод біологічного зворотного зв'язку.
- досліди тварин
Кільком лабораторіям вдалося записати сигналивід кори головного мозку мавпи і щури для управління МКІ при русі. Мавпи управляли курсором на екрані комп'ютера і давали команди на виконання найпростіших дій роботам, що імітує руку, подумки і без будь-яких рухів. Інші дослідження за участю кішок були присвячені розшифровці візуальних сигналів.
- відкриття
В результаті вчений розробив низку математичнихмоделей нейронних мереж, і навіть три нейрокомп'ютерних інтерфейсу («мозок — комп'ютер»). Створені інтерфейси дозволяють інвазивно, тобто шляхом електричної стимуляції запобігати та блокувати напади у хворих на епілепсію.
Наприклад, цей спосіб можна застосовувати, коли медикаментозне вплив для зняття нападу виявляється неефективним.
Крім того, інтерфейси дозволяють неінвазивної, тоє без проникнення через зовнішні покриви організму, моделювати уявну рухову активність і визначати концентрацію уваги, що актуально для реабілітації хворих після інсульту, при навчанні школярів і так далі.
Читати далі
Подивіться на зображення Марса з 8 трильйонів пікселів
Ядерний ракетний двигун будують для польотів на Марс. Чим він небезпечний?
Аборти і наука: що буде з дітьми, яких народять