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!
2
Новые измерения показывают, что на Луне опасный уровень радиации

Новые измерения показывают, что на Луне опасный уровень радиации

Будущие исследователи Луны будут подвергаться облучению в 2-3 раза больше, чем астронавты на борту Международной космической станции, что представляет опасность для здоровья, для защиты от которой потребуются укрытия с толстыми стенами.

В исследовании отмечается, что посадочный модуль Китая на обратной стороне Луны обеспечивает первые полные измерения радиационного воздействия на поверхности Луны, что является важной информацией для НАСА и других организаций, стремящихся отправить астронавтов на Луну. Китайско-немецкая группа сообщила о радиационных данных, собранных спускаемым аппаратом Chang'e 4 (в честь китайской богини луны)...
26.09.20 19:03
0
1
Гигантская черная дыра M87* сверкает

Гигантская черная дыра M87* сверкает

В прошлом году мир впервые взглянул на реальное прямое изображение тени черной дыры.

Теперь, оглядываясь на более ранние, более рудиментарные изображения, ученые обнаружили доказательства того, что кольцо вокруг M87* колеблется, из-за чего кажется, будто она блестит. Исторический снимок прошлого года стал результатом кропотливой работы, который довел нашу технологию наблюдений до предела. Это было кульминацией многолетних усилий и планирования, но окончательный снимок был составл...
25.09.20 20:11
0
3
Странные бури на Юпитере

Странные бури на Юпитере

На южном полюсе Юпитера таится поразительное зрелище даже для планеты-гиганта, покрытой красочными полосами, с большим красным пятном. Внизу у южного полюса планеты находится группа бурных штормов, расположенных в необычной геометрической форме.

С тех пор, как они были впервые обнаружены космическим зондом НАСА Juno в 2019 году, штормы стали для ученых загадкой. Штормы аналогичны ураганам на Земле. Но на нашей планете ураганы не собираются на полюсах и не кружатся друг вокруг друга в форме пятиугольника или шестиугольника, как это делают штормы Юпитера. Исследовательская группа, работающая в лаборатории Энди Ингерсолла, профессора планет...
24.09.20 23:33
0
2
Индийские астрономы открыли 70 новых переменных звезд

Индийские астрономы открыли 70 новых переменных звезд

Астрономы из Индии провели долгосрочное исследование фотометрической переменности рассеянного скопления NGC 559. В результате там они обнаружили 70 новых переменных звезд.

Звездные скопления предлагают отличные возможности для изучения звездной эволюции, поскольку представляют собой совокупность звезд с похожими свойствами, например, возрастом, расстоянием и начальным составом. В частности, астрономы часто ищут переменные звезды в скоплениях молодого и среднего возраста, что может иметь значение для улучшения понимания звезд до главной последовательности (PMS) и, сл...
23.09.20 16:55
0
0
Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация помогает самовосстановлению некоторых металлических сплавов

Радиация наносит вред как тканям, так и материалам. Но инженеры из Массачусетского технологического института крайне удивились, обнаружив, что она может помочь некоторым сплавам восстановиться, продлив срок их полезного использования.

Это поможет в проектировании будущих электростанций. Известно, что в ядерных реакторах радиация ускоряет коррозию большинства материалов, что приводит к возможному выходу из строя и вероятным катастрофическим последствиям. Поэтому в новом исследовании ученые из MIT и Национальной лаборатории им. Лоуренса Беркли намеревались определить, насколько вредна коррозия при разных уровнях радиации. Но их...
10.07.20 18:40
0
9
Бионический 3D глаз может обеспечить сверхчеловеческое зрение

Бионический 3D глаз может обеспечить сверхчеловеческое зрение

Человеческий глаз - невероятно сложный орган, поэтому неудивительно, что его нелегко реконструировать.

Исследователи представили первый в мире искусственный 3D глаз, который не только превосходит другие устройства, но и способен видеть лучше оригинала. Бионические глаза появляются как способ восстановить зрение людям, потерявшим его, и даже тем, у кого его никогда не было. В настоящее время наиболее продвинутыми являются версии таких компаний, как Bionic Vision Australia и Second Sight, которые уж...
11.06.20 18:35
0
7
Нанотехнологии – революционные возможности для системы энергоснабжения

Нанотехнологии – революционные возможности для системы энергоснабжения

Тенденции в развитии энергетики, особенно в кризисные времена, когда бесперебойное энергоснабжение является непременным условием выживания, а также в связи с планами ЕС по постепенному отказу от ископаемого топлива в период до 2050 года подразумевают перевод энергетики на генерацию без выбросов СО2 в атмосферу.

И ставят вопрос о разработке способов генерации электроэнергии, не связанных с традиционной энергетикой и базирующейся на использовании новейших материалов.В настоящее время многие научные исследования в той или иной мере связаны с возможностью преобразования падающего на Землю потока солнечных частиц. Данное направление работ является очень перспективным в связи с  появлением новых мате...
15.04.20 18:35
0
6
Новый метод сделает краски из графена

Новый метод сделает краски из графена

Графен универсален, но есть одна проблема – он не диспергирует в воде. Но швейцарские исследователи нашли относительно простой способ сделать это.

Оксид графена - это другая форма материала, которая может обеспечить стабильную дисперсию в воде, а затем может быть использована в качестве графеновой краски. Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, расположенный в виде шестиугольника. Этот обманчиво простой материал обладает рядом полезных свойств - он невероятно легкий, тонкий и гибкий, но при этом прочный. Он отличный провод...
09.04.20 19:23
0