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
Астрономы открывают молодую планету

Астрономы открывают молодую планету

Международной группой ученых во главе с преподавателями, студентами и выпускниками Гавайского университета Маноа была открыта одна из самых молодых планет.

Вокруг различных звезд были обнаружены тысячи планет, но новая находка отличается тем, что совсем недавно сформировалась и ее можно наблюдать напрямую. Планета, получившая имя 2M0437b, присоединяется к объектам, расширяющим наше понимание того, как планеты формируются и изменяются со временем, помогая пролить новый свет на происхождение Солнечной системы и Земли. «Это случайное открытие пополнило...
24.10.21 18:58
0
1
DAVINCI разгадает 10 загадок Венеры

DAVINCI разгадает 10 загадок Венеры

Поверхность Венеры совершенно негостеприимна для жизни: бесплодная, сухая, раздавленная атмосферой, которая в 90 раз превышает давление Земли, и обжарена при температурах, в 2 раза превышающих температуру печи. Но всегда ли так было? Могла ли Венера когда-то быть двойником Земли - обитаемым миром с океанами жидкой воды? Это одна из многих загадок, связанных с нашей соседкой.

Прошло 27 лет с тех пор, как в последний раз миссия НАСА «Магеллан» совершила оборот вокруг Венеры. Это была последняя миссия НАСА на сестру-соседку Земли, и, хотя с тех пор мы приобрели значительные знания о Венере, остается множество загадок о планете, которые остаются нерешенными. Миссия НАСА DAVINCI (Исследование благородных газов, химии и визуализации глубокой атмосферы Венеры) надеется измен...
23.10.21 15:27
0
2
Южная Корея запустила свою первую космическую ракету

Южная Корея запустила свою первую космическую ракету

Южная Корея запустила свою первую космическую ракету отечественного производства в четверг, но не смогла вывести на орбиту фиктивный полезный груз, что стало неудачей в попытках страны пополнить ряды передовых космических держав.

Корейская космическая ракета-носитель II, неофициально называемая Нури (Nuri) и украшенная флагом Южной Кореи, поднялась вверх от Кохына на южном побережье, оставляя за собой столб пламени. Все три ступени ракеты сработали, подняв ее на высоту 700 километров, и полезный груз весом 1,5 тонны успешно отделился, сказал президент Мун Чжэ Ин после наблюдения за запуском в центре управления. Но «вывод ...
22.10.21 11:30
0
1
Астрономы обнаружили планету, потерявшую атмосферу из-за столкновения

Астрономы обнаружили планету, потерявшую атмосферу из-за столкновения

Молодые планетные системы обычно часто сталкиваются и сливаются, образуя все более крупные планеты. В Солнечной системе Земля и Луна считаются продуктами такого гигантского удара. Астрономы предполагают, что подобные столкновения должны быть обычным явлением в ранних системах, но их трудно наблюдать вокруг других звезд.

Астрономы из Массачусетского технологического института, Национального университета Ирландии в Голуэе, Кембриджского университета и других обнаружили свидетельства гигантского удара, произошедшего в соседней звездной системе, всего в 95 световых годах от Земли. Возраст звезды HD 172555, составляет около 23 миллионов лет, и ученые подозревали, что в ее пыли есть следы недавнего столкновения. Коман...
21.10.21 12:20
0
0
Одежда OmniFiber записывает и воспроизводит модели дыхания

Одежда OmniFiber записывает и воспроизводит модели дыхания

Представьте себя певцом-любителем или спортсменом на тренировке и возможность «почувствовать», как дышит профессионал во время выступления. Это лишь одно из возможных применений нового «умного» волокна, которое также может найти применение в медицине.

Технология, известная как OmniFiber, разрабатывается учеными из Массачусетского технологического института, Уппсальского университета и Королевского технологического института Швеции. Она принимает форму недорогих растяжимых нитевидных волокон с внешней плетеной полимерной оболочкой, нижележащего слоя мягкого материала, который определяет растяжение или сжатие как изменение электрического сопроти...
17.10.21 13:24
0
1
Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Переработанные отходы целлюлозных заводов придают цементу прочность и эластичность

Целлюлозные заводы производят значительное количество отходов, и ученые довольно творчески подходят к тому, как их можно использовать.

Последний пример исходит от исследователей Университета Британской Колумбии (UBC), которые использовали отходы целлюлозного завода в качестве наполнителя для цемента, который оказался более прочным и устойчивым. Отходы, лежащие в основе этого прорыва, известны как зола уноса целлюлозных заводов (PFA), которую целлюлозно-бумажная промышленность Северной Америки производит более миллиона тонн ежего...
11.04.21 16:09
0
2
Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Проводящий гидрогель может найти применение в робототехнике и не только

Сейчас для создания устройства с высокой электропроводностью придется использовать твердые металлы. Но теперь ученые из Университета Карнеги-Меллона создали мягкий и гибкий материал, отвечающий всем требованиям.

Под руководством профессора Кармеля Маджиди исследователи начали с суспендирования чешуек серебра микрометрового размера в полиакриламидно-альгинатном гидрогеле. Когда этот материал впоследствии был частично дегидратирован, чешуйки серебра сцепились друг с другом, образуя сети, проходящие через матрицу гидрогеля. Эти сети были не только очень электропроводными, но и могли противостоять механическ...
21.03.21 13:29
0
2
Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Бактериальная биопленка выжимает масло из воды

Масло и воду очень трудно разделить, что затрудняет очистку загрязненной воды. Исследователи из Университета Северной Каролины обнаружили, что мембрана из бактериальной биопленки может эффективно пропускать воду, удерживая при этом масло.

Нефть представляет серьезную опасность для окружающей среды, когда случаются огромные разливы нефти, такие как Deepwater Horizon, но даже в меньших масштабах загрязнение может происходить в результате промышленных процессов. Всегда востребованы новые решения по очистке. В новом исследовании исследователи Университета Северной Каролины обратились за помощью к бактериям. Чтобы защитить себя от вред...
09.03.21 22:34
0