Ошибка!

Показать Ошибка!

Забыли пароль?

Ошибка!

Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Скрыть Ошибка!

Забыли пароль? Напишите ваш email и мы отправим письмо с инструкциями.

Ошибка!

Обратно

Закрыть

Дактилоскопия для наночастиц

Дактилоскопия для наночастиц
На днях исследователи из Университета Барселоны и Института Биоинженерии в Каталонии в сотрудничестве с Национальным Центром Биотехнологий в Мадриде представили усовершенствованную технологию, которая делает возможной точную идентификацию наночастиц и их свойств за счет применения особого типа атомно-силовых микроскопов, называемого электростатическими силовыми микроскопами.


За последние два десятилетия ученые научились не только хорошо различать объекты, размер которых исчисляется нанометрами, но и манипулировать ими. Современные поколения микроскопов позволяют исследователям изучать всевозможные наночастицы, одиночные молекулы и атомы в их естественной среде.

Однако, несмотря на существенные достижения в этой области, все еще остаются некоторые значительные проблемы, касающиеся измерения механических, химических, электрических и температурных параметров, которые присущи конкретным нанообъектам. Только получив практическую возможность определять эти параметры, мы смогли бы выделять и наблюдать за наночастицами, имеющими одинаковую форму, но разную химическую этимологию, а в случае с биологическими субъектами – изучать функции таких наночастиц и их роли в жизнедеятельности организма.

В течение долгого времени ученые, работающие с наноструктурами, использовали химические способы (как правило, флуоресцентные вещества), чтобы «помечать» объект исследования и в дальнейшем отслеживать его перемещение или поведение. При этом молекулы, задействованные в таком процессе, мешают установить точные свойства рассматриваемых нанообъектов.  По этой причине биологи и физики остро нуждаются в новой методике взаимодействия со сверхмалыми частицами, не требующей дополнительного вмешательства в структуру последних.

 

 

И вот недавно исследователи из Университета Барселоны (Universitat de Barcelona) и Института Биоинженерии в Каталонии (The Institute for Bioengineering of Catalonia, IBEC) в сотрудничестве с Национальным Центром Биотехнологий в Мадриде (Centro National de Biotecnologia, CNB-CSIC) представили усовершенствованную технологию, которая делает возможной точную идентификацию наночастиц за счет применения особого типа атомно-силовых микроскопов, называемого электростатическими силовыми микроскопами (EFM).

Суть атомно-силовой микроскопии заключается в перемещении микро-зонда, состоящего из кантилевера и сканирующей иглы, вдоль поверхности нанообъекта. Таким образом определяется его форма. Данные, получаемые от зонда, обрабатываются компьютером, который выстраивает конечное изображение исследуемого объекта.  «К сожалению, это изображение показывает только структуру поверхности образца, что вряд ли можно признать полезным, особенно если искомый объект находится среди множества себе подобных и мы точно не можем сказать где именно», - разъясняет Лаура Фумагалли (Laura Fumagalli), главный автор исследования, которые было опубликовано 8 июля в издании Nature Materials. “В таких случаях люди воспользовались бы одной из своих специальных способностей, к примеру, обонянием или чувством вкуса, чтобы выяснить, с каким конкретно веществом они имеют дело. Мы решили попробовать похожий подход».

Все объекты имеют характеристику, известную как «диэлектрическая постоянная», или проницаемость, которая указывает, как материалы, из которых эти объекты состоят, реагируют на внешнее электрическое поле. Используя EFM, ученые воздействовали электрическим полем на нанообъекты через сканирующую иглу и регистрировали очень слабые смещения кантилевера, на котором и размещена сама игла, вызываемые диэлетрической реакцией этих нанообъектов.

 

 

«Теперь, после того как мы установили диэлектрические параметры объектов, мы можем использовать эти идентификационные данные в качестве  этаких «отпечатков пальцев», помогающих нам различать нанообъекты одинаковой формы в зависимости от их строения без необходимости прибегать к химической пометке», - продолжает Лаура. «Ранее EFM был способен только отличать металлические наночастицы от неметаллических. В ходе же нашего исследования мы определили свойства очень похожих по своему составу нанообъектов с низкой диэлетрической проницаемостью, выделенных из биологических организмов.»  Для того чтобы успешно детектировать сверхслабые электрические силы, исследователям потребовалось увеличить электрическое «разрешение» микроскопа на два порядка, разместить в микроскопе сохраняющие высокую геометрическую стабильность наноиглы, а также разработать сверхточный метод моделирования и интерпретации результатов, который учитывает физические параметры самой системы и ее геометрические особенности.

«Наш метод, позволяющий обходиться без вмешательства в структуру нанообъектов при исследовании их внутренних свойств и состояний, а также выявляющий связь этих свойств с функционированием нанообъектов, станет незаменимым инструментом в самых разных областях научных исследований», - добавляет Габриель Гомила (Gabriel Gomila), соавтор работы, возглавляющий группу ученых в IBEC. «Он окажется особенно важным для наномедицины в сфере биомедицинской диагностике, поскольку откроет доступ к безошибочному распознаванию биологических макро-молекул.  К тому же, наш метод заметно облегчит изучение наночастиц в исследованиях окружающей среды и будет способствовать получению новых способов защиты от самого опасного типа загрязнителей – наночастиц»

Избражения многослойной углеродной нанотрубки и образца графена, полученные методом электростатической силовой микроскопии 

Исследователи применили свою технологию к изучению микроскопических организмов, в частности, вирусов. Выяснив их диэлектрические характеристики, остававшиеся до настоящего момента неизвестными, они смогут окончательно разобраться в важных аспектах жизнедеятельности вредоносных микроорганизмов. Например, благодаря новой методике удалось быстро отделить вирусы, содержащие собственную ДНК, участки которой могут быть внедрены в ДНК хозяина, от простых вирусов.

«Эти результаты также являются прорывом в фундаментальных исследованиях диэлектрических материалов, лежащих в основе нового поколения наноэлектронных устройств»,  - поясняет Лаура Фумагалли, которая, также как и Габриель Гомила, помимо участия в проекте читает лекции на факультете электронике Университета Барселоны. «Наша технология может пролить свет на диэлектрические параметры недавно изобретенных нанокомпозитов и гибридных наноустройств  и ответить на вопрос, каков же минимальный размер диэлектрика, при котором он способен сохранять необходимые свойства – иными словами, насколько далеко в плане уменьшения размеров электронных компонентов мы можем зайти».

Комментарии:

Еще нет комментариев, станьте первым коментатором!
Войдите на зайт или зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии!
0
Причины роста популярности Астрономии и Космоса среди молодого поколения

Причины роста популярности Астрономии и Космоса среди молодого поколения

Астрономия и космос всегда привлекали внимание людей всех возрастов, но особенно ярко эта наука проявляется среди молодого поколения.

Астрономия и космос всегда привлекали внимание людей всех возрастов, но особенно ярко эта наука проявляется среди молодого поколения. Многие факторы объясняют популярность астрономии среди молодых людей: от увлекательных открытий в области космоса до влияния культурных произведений. Сериалы, фильмы и другие произведения искусства о космических приключениях играют значительную роль в формировании ...
25.02.24 17:55
0
2
e-Learning в цифрах: 6 общих фактов, много данных и прогнозы на ближайшее будущее

e-Learning в цифрах: 6 общих фактов, много данных и прогнозы на ближайшее будущее

e-Learning – это обучение с помощью цифровых технологий (Интернета, электронных устройств и специальных программ). Процесс можно организовать в аудиториях или удалённо, одновременно для целой группы или по гибкому графику для каждого.

e-Learning – это обучение с помощью цифровых технологий (Интернета, электронных устройств и специальных программ). Процесс можно организовать в аудиториях или удалённо, одновременно для целой группы или по гибкому графику для каждого. Ранее эта система была не популярна. Затем вспыхнул COVID-19, и все перешли на «удалёнку»: школы, ВУЗы, компании. Электронное обучение стало нужным в глобальном мас...
28.12.23 18:10
0
6
Энергорезонатор Neutrino Power Cube - электроэнергия под воздействием невидимого спектра излучений

Энергорезонатор Neutrino Power Cube - электроэнергия под воздействием невидимого спектра излучений

Следующим этапом на пути к отказу от ископаемого топлива станут, вероятнее всего, энергетические технологии, связанные с возможностью преобразования энергии полей материи Луи де Бройля, обладающих корпускулярно-волновыми свойствами, в электрический ток.

Следующим этапом на пути к отказу от ископаемого топлива станут, вероятнее всего, энергетические технологии, связанные с возможностью преобразования энергии полей материи Луи де Бройля, обладающих корпускулярно-волновыми свойствами, в электрический ток. Это одно из перспективных направлений в науке, дающее серьёзный шанс диверсифицировать способы получения электроэнергии, а более конкретно, одно и...
30.09.23 06:25
0
11
Возобновляются работы по возведению грандиозного километрового небоскреба

Возобновляются работы по возведению грандиозного километрового небоскреба

Для архитектуры Саудовской Аравии 2023 год оказался просто невероятным. Сначала страна подтвердила, что строительство 170-километрового (105 миль) здания The Line будет продолжено, затем раскрыла планы строительства кубовидной башни, способной вместить 20 зданий Empire State Buildings.

Теперь страна возобновила реализацию своего амбициозного плана по строительству нового самого высокого здания в мире - башни Джидда. С момента завершения строительства в 2010 году дубайская башня Бурдж-Халифа (Burj Khalifa), высота которой составляет 828 м (2 717 футов), остается самым высоким рукотворным сооружением в мире. Хотя окончательная высота башни Джидда пока неизвестна, но она значитель...
22.09.23 09:06
0
0
«Квантовая суперхимия» впервые наблюдалась в лабораторных экспериментах

«Квантовая суперхимия» впервые наблюдалась в лабораторных экспериментах

Ученые из Чикагского университета обнаружили первое свидетельство явления под названием «квантовая суперхимия». Давно предсказанный, но так и не подтвержденный, этот эффект может ускорить химические реакции, дать ученым больше контроля над ними и послужить основой для квантовых вычислений.

Все виды необічного поведения проявляются на квантовом уровне. Атомы могут находиться в нескольких состояниях одновременно, запутываться настолько, что мгновенно обмениваются информацией на любом расстоянии, или создавать туннели через барьеры, которые они не должны пересекать. Ученые пытаются использовать эти явления для более мощных вычислений, систем связи и других технологий. Теперь команда о...
08.08.23 17:36
0
0
Умная ткань с покрытием из жидкого металла «заживает» при порезах и отталкивает бактерии

Умная ткань с покрытием из жидкого металла «заживает» при порезах и отталкивает бактерии

Наука продолжает развивать умные ткани, которые реагируют на изменения окружающей среды и предоставляют больше «услуг» своим владельцам.

Группа международных исследователей создала пригодную для носки ткань, которая восстанавливается, обладает антибактериальными свойствами и даже может использоваться для контроля сердечного ритма человека. Исследователи из США, Австралии и Южной Кореи создали ткань с высокой проводимостью, погрузив ее в частицы жидкого металла. Частицы жидкого металла обладают многими преимуществами: высокой тепло...
03.05.23 13:46
0
2
Лазер обнаруживает и идентифицирует бактерий за считанные минуты

Лазер обнаруживает и идентифицирует бактерий за считанные минуты

Чтобы увидеть, какой тип бактерий присутствуют в образце жидкости, необходимо выращивать бактериальные культуры в лаборатории в течение нескольких часов или даже дней. Новая лазерная техника работает всего за несколько минут.

Уже было известно, что при воздействии лазерного света бактерии отражают свет обратно в спектральном образце, который уникален для этого конкретного вида. Проблема в том, что другие микроскопические объекты в образце, такие как клетки крови или вирусы, также отражают свет, придавая ему свой уникальный оттенок. То есть спектральный «отпечаток пальца» бактерии теряется среди фонового шума, поэтому ...
04.03.23 11:39
0
6
Ультратонкое покрытие делает солнечные батареи самоочищающимися

Ультратонкое покрытие делает солнечные батареи самоочищающимися

Солнечные панели не могут эффективно работать когда грязные, но их регулярная очистка может занять много времени. Инженеры в Германии разработали ультратонкое покрытие, которое сделает солнечные панели и другие поверхности самоочищающимися.

Солнечная энергия — крупнейший источник возобновляемой энергии, и быстро растет. Но, как можно себе представить, невозможно отправить кого-то со шваброй для очистки миллионов солнечных панелей в каждом парке. В идеале они бы сами очищались, и теперь исследователи из Института Фраунгофера в Германии добились успехов в этой концепции. Команда создала покрытие, которое меняет свою реакцию на воду в ...
30.01.23 13:27
0