Bamboos for Vibration Control Ni-Mn-Ga melt-extracted fibers with an approximate diameter of 100 µm showing a bamboo-type structure (imaged with a backscattered electron detector in an FEG-SEM). Melt-extraction is a unique and novel method to prepare single-crystalline particles for magnetic shape memory composites.
@nanotech1

Dirty Dice Self-assembled 200 micron size nickel dice, imaged using scanning electron microscopy in the lower secondary electron (LEI) mode. The dice were colorized using Adobe Photoshop.
@nanotech1

Bamboos for Vibration Control. @nanotech1

Dirty Dice. @nanotech1

Beauty of Nature. SEM image of CuInSe2 film with Cu2Se (plates) and InSe (needles) crystals on the surface.
@nanotech1

Layered steps in Lanthanum Cobaltite. The picture shows a colored image of the layered steps formed inside closed pores of La0.8Ca0.2CoO3, which were revealed due to fracture of the material. @nanotech1

Layered Layered steps in Lanthanum Cobaltite. @nanotech1

طراحی کوانتومی ساختمان سه‌بعدی تراشه سیلیکونی. @nanotech1

طراحی کوانتومی ساختمان سه‌بعدی تراشه سیلیکونی


@nanotech1
دانشمندان استرالیایی ساختمانی سه‌بعدی از یک تراشه‌ سیلیکونی مبتنی بر یک بیت کوانتومی اتمی منفرد طراحی کردند. تراشه آن‌ها با روش‌های ساخت در ابعاد اتمی سازگار است و یک طرح اولیه برای ساخت رایانه‌های کوانتومی در مقیاس بالا را فراهم می‌کند.
مهندسان و دانشمندان مرکز عالی فناوری ارتباطات و محاسبات کوانتومی انجمن تحقیقات استرالیا، برای یک رقابت جهانی برای توسعه رایانه‌های کوانتومی سیلیکونی مقیاس‌پذیر آماده هستند. رایانه‌های کوانتومی، در محاسبات پیچیده و صنایع میکروالکترونیک کاربرد دارد. مقر این مرکز تحقیقاتی در دانشگاه نیوساوت‌ولز (University of New South Wales) قرار گرفته‌است.
محققان دانشگاه نیوساوت‌ولز پیش از این، یک طرح‌ریزی منحصر به فرد برای ساخت تجهیزات مقیاس اتمی و همچنین توسعه پربازده‌ترین بیت‌های کوانتومی سیلیکونی الکترونی یا اسپین‌های هسته‌ای در سراسر جهان را به اثبات رسانده‌بودند. کوانتوم بیت یا کیوبیت (qubit)، اجزای اصلی رایانه‌های کوانتومی است.
یکی از موانع برای افزایش مقیاس رایانه‌های کوانتومی عملیاتی، معماری ساختمانی آن‌ها است. تعیین چگونگی کنترل دقیق کیوبیت‌ها (در کنار هزاران کیوبیت دیگر) به صورت موازی، لازم و ضروری به نظر می‌رسد. دائما برای خطاهای "کوانتومی" در محاسبات باید تصحیحاتی لحاظ شود.
هم اکنون مرکز عالی فناوری ارتباطات و محاسبات کوانتومی انجمن تحقیقات استرالیا در همکاری با محققان دانشگاه ملبورن (University of Melbourne) و دانشگاه نیوساوت‌ولز، چنین دستگاهی را طراحی کرده است. برای ساخت دستگاه مزبور، کیوبیت‌هایی در مقیاس اتمی هم‌تراز شده‌اند تا خطوط را (با سیم‌های بسیار نازک) درون یک ساختار سه‌بعدی کنترل کنند.
پروفسور میشل سیمونز ، دانشمند دانشگاه نیوساوت‌ولز و رییس مرکز عالی فناوری ارتباطات و محاسبات کوانتومی انجمن تحقیقات استرالیا می‌گوید: «ما ثابت کردیم می‌توانیم دستگاههایی سیلیکونی در مقیاس اتمی بسازیم و می‌خواهیم کار خود را به سمت معماری‌های همه‌جانبه، برای اجرای پروتکل‌های تصحیح خطا پیش ببریم. ما دقیقا می‌دانیم برای پیروزی در رقابت جهانی چه می‌خواهیم.»
در طراحی مفهومی، تیم از آرایه یک‌بعدی کیوبیت‌ها، به سمت آرایه‌های دوبعدی رفت. سپس لایه‌های کیوبیتی ساندویچ‌مانند را در معماری سه‌بعدی و بین دو لایه سیم (درون یک شبکه) منظم کرد. در نهایت با اعمال ولتاژ به زیرمجموعه‌های این سیم‌ها، کیوبیت‌های چندگانه به صورت موازی کنترل شدند.
آن‌ها در طراحی خود با اعمال پروتکل‌های تصحیح خطا به صورت یک کد سطحی دوبعدی، توانستند خطاهای محاسباتی را سریع‌تر از رخداد آن‌ها تصحیح کنند.
پروفسور لوید هولنبرگ ، نایب رییس مرکز می‌گوید: «تیم استرالیایی ما بهترین کیوبیت‌های سیلیکونی را در دنیا توسعه داده‌ است. با این وجود برای افزایش مقیاس رایانه‌های کوانتومی کاملا عملیاتی، به تعداد بیشتری از کیوبیت‌ها نیاز داریم. ما باید بتوانیم کیوبیت‌ها را به گونه‌ای کنترل و آرایش‌بندی نماییم که خطاها به صورت مکانیکی تصحیح شوند.»
این تحقیق در مجله Science Advances به چاپ رسیده‌است. @nanotech1

استفاده از نانوذرات باردار برای دارورسانی به دندان. @nanotech1

استفاده از نانوذرات باردار برای دارورسانی به دندان

@nanotech1

محققان موفق شده‌اند با استفاده از حامل‌هایی که دارای بارهای الکتریکی مثبت هستند، به روشی برای رساندن داروها به سطح دندان‌ها دست پیدا کنند. از آنجایی که قسمتی از مینای دندان دارای بارهای منفی است، این حامل می‌توانند به سطح دندان بچسبند و در آن محل باقی بمانند.
عوامل درمانی که هدفشان کاهش خرابی دندان‌ها است، قبل از اینکه بتوانند تاثیرگذار باشند، اغلب توسط بزاق دهان و عمل بلع از بین می‌روند. ولی گروهی از پژوهشگران روشی ارائه کردند که بتوانند از این مسئله جلوگیری کنند.
پلاک دندانی یک لایه نازک زیستی است که از باکتری‌ها تشکیل شده است و در شبکه‌ای چسبنده از پلیمرهای بیرون سلولی قرار گرفته است و به شدت به دندان چسبیده است. این گروه پژوهشی که توسط هیون کو ، پروفسور بخش ارتودنسی، دندانپزشکی کودکان و بهداشت دهان جامعه در مدرسه دندانپزشکی دانشگاه پنسیلوانیا( Pennsylvania) و دانیله بنویت ، استادیار مهندسی زیست‌پزشکی دانشگاه روچستر( Rochester) هدایت می‌شود، روش جدیدی یافته‌اند که می‌تواند یک عامل ضدباکتری را در حضور بزاق دهانی به پلاک‌های دندانی برساند. یافته‌های این پژوهش در مجله ACS Nano منتشر شده است.
کو در رابطه با این پروژه تحقیقاتی این‌گونه توضیح می‌دهد:« معمولا درمان‌هایی که به صورت دهانی انجام می‌شوند، به صورت موقتی با دهان در تماس هستند، مثلا دهان‌شویه یا مسواک حداکثر برای چند دقیقه در دهان هستند. مشکل چگونگی دستیابی به مولکول‌های زیست‌فعال در محل است که در ادامه بتوان تشکیل لایه‌های زیستی دهانی را کنترل یا حتی جلوگیری کرد.» بنویت هم مشکلات اصلی پروژه را این‌گونه توضیح می‌دهد:« ما دو چالش اصلی داشتیم، ما باید متوجه این نکته می شدیم که چگونه می‌توانیم عوامل ضدباکتری را به دندان‌ها برسانیم و آنها را در آنجا حفظ کنیم، و اینکه چگونه عوامل را به محل‌های هدف برسانیم.»
برای رساندن عامل به محل‌های هدف، محققان یک حجم کروی از ذرات به نام حامل نانوذرات ایجاد کردند. آنها پوشش بیرونی را از بارهای مثبت پلیمرها تشکیل دادند. برای قسمت داخلی نیز آنها دارو را با پلیمرهای آب‌دوست که به پی‌اچ( PH) هم پاسخ می‌دادند، حفاظت کردند. لایه بیرونی حامل به دلیل بارهای مثبتی که دارد، می‌تواند در سطح دندان باقی بماند، چون قسمتی از مینای دندان از ماده‌ای با بار منفی تشکیل شده است.
از آنجایی که این نانوذرات قادر هستند هم به دندان‌هایی که با بزاق پوشانده شده‌اند و هم به پلاک‌های دندانی بچسبند، بنویت، کو و همکارانشان از آنها برای انتقال عوامل ضد باکتری به محل‌های هدف استفاده کردند. @nanotech1

بهبود کنتراست ماموگرافی با نانوذرات طلا. @nanotech1

بهبود کنتراست ماموگرافی با نانوذرات طلا


@nanotech1
محققان با استفاده از تزریق نانوذرات طلا موفق به افزایش کنتراست تصویربرداری اشعه‌ایکس از بافت پستان در موش‌ها شدند. با این روش، تشخیص زودهنگام سرطان پستان با ماموگرافی با دقت بالاتری انجام می‌شود.
پژوهشگران اخیرا روش جدیدی برای شناسایی بیماری سرطان پستان ارائه کرده‌اند. این روش روی موش‌های آزمایشگاهی مورد بررسی قرار گرفته و نتایج جالب توجهی به دنبال داشته است. نتایج این پروژه در قالب مقاله‌ای با عنوان Contrast-Enhanced X-Ray Detection of Microcalcifications in Radiographically Dense Mammary Tissue Using Targeted Gold Nanoparticles در نشریه ACS Nano منتشر شده‌است.
در این مقاله، محققان نشان دادند که با تزریق نانوذرات طلا به بافت بدن امکان تصویربرداری دقیق‌تر فراهم شده و می‌توان تشکیل سرطان پستان را در مراحل اولیه بیماری شناسایی کرد.
در حال حاضر ماموگرافی یکی از روش‌های بسیار مناسب برای شناسایی و تشخیص بیماری سرطان پستان در خانم‌ها قلمداد می‌شود. یکی از محدودیت‌های اشعه‌ایکس آن است که با استفاده از آنها بافت پستان به‌صورت یک توده سفید دیده می‌شود که روی آن الیافی قرار دارد. وجود این الیاف مانع از دیده شدن میکروکلسیفیکیشن می‌شود، چیزی که نشانه اولیه بیماری سرطان است.
با استفاده از روش‌های دیگر نظیر سونوگرافی، MRI و تصویربرداری مولکولی از بافت پستان می‌توان وجود سلول‌های غیرمعمول را مشاهده کرد اما هریک از این روش‌ها نیز محدودیت‌هایی دارند. لیزا کول و همکارانش موفق به ارائه روشی شدند که می‌تواند براین مشکلات فائق آید.
در این پروژه محققان با تزریق نانوذرات طلا به بدن، کنتراست سیستم ماموگرافی اشعه‌ایکس را اصلاح کردند به طوری که این نانوذرات می‌توانند با چسبیدن به میکروکلسیفیکیشن، موجب بهتر دیده شدن این ساختارها شوند. این گروه تحقیقاتی با دوز پایین، نانوذرات را به پستان موش تزریق کردند. این نانوذرات مهندسی شده موجب روشن‌تر دیده شدن میکروکلسیفیکیشن‌ها در بافت شده و در نتیجه بهتر دیده می‌شوند. هیچ اثرجانبی روی موش‌ها دیده نشده‌است. هرچند تحقیقات بیشتری باید روی این روش انجام شود اما به نظر می‌رسد که این روش بتواند شناسایی سرطان پستان را تسهیل کند.‌ @nanotech1

کارگاه تخصصی سنتز نانومواد. @nanotech1

تأثیر اندازه، فاز بلورین و پوشش نانو TiO2 بر میزان سمیت سلولی؛ ضرورت استانداردسازی
@nanotech1
بهره‌برداری از مواد در ابعاد نانو، به علت دارا بودن خواص فیزیکی شیمیایی منحصربه‌فرد در زمینه‌های مختلف علوم، به ویژه پزشکی رشد روز افزون یافته است. دی‌اکسید تیتانیوم (TiO2) با دارا بودن قابلیت‌های مختلفی مانند اکسیداسیون قوی، زیست‌سازگاری و ویژگی‌های مورد قبول مکانیکی یکی از نانوذراتی است که در گستره وسیعی از علوم مانند دارویی، آرایشی، پزشکی و مهندسی کاربرد فراوان یافته است. افزون بر آن، نانومواد TiO2 به علت داشتن ویژگی فتوکاتالیستی توجه محققان علوم پزشکی را به خود معطوف ساخته‌اند. تا به امروز، با وجود مطالعات متعدد در زمینه بررسی کاربرد نانو TiO2 در علوم مختلف، مطالعات اندکی در زمینه سمیت نانو TiO2 در سیستم‌های زیستی انجام پذیرفته است. به طور خلاصه، این تحقیق بر امکان ایجاد سمیت و نقش اندازه، نوع کریستال و نوع پوشش نانو TiO2 در سلول متمرکز شده است. نتایج حاصل از این مطالعات می‌تواند اطلاعات سودمندی را در طراحی محصولات نانو با اثرات جانبی اندک در اختیار محققان قرار دهد👇👇. @nanotech1

One-directional rotation in a new artificial molecular motor. @nanotech1

One-directional rotation in a new artificial molecular motor
@nanotech1
Biological molecular motors are amazing nanomachines that make all life possible, but even smaller artificial molecular motors based upon organic chemistry instead of biological polymers continue to become more complex and better controlled. A hat tip to Nanowerk for reprinting this news release from the University of Groningen in The Netherlands “New molecular motor mimics two wheels on an axle“:

University of Groningen scientists led by Professor of Organic Chemistry Ben Feringa have designed a new type of molecular motor. In contrast to previous designs, this molecule is symmetrical. It comprises two parts, which are connected by a central ‘axle’ and rotate in opposite directions, just like the wheels of a car. The results, which were published … in the journal Nature Chemistry [abstract], would be ideal for nano transport systems.
It may sound odd, but from the perspective of the driver, the wheels on the left and right hand side of a car turn in opposite directions. When a car drives forward, the left front wheel turns clockwise and the right front wheel anti-clockwise. This is also the basic design of a new type of molecular motor from the lab of Ben Feringa, the creator of the first light-driven molecular motor back in 1999.

‘If you want a molecular motor to be of any use, you need to be able to control the rotary motion’, says Feringa. Up to now, this was done by using what are known as chiral molecules. These consist of two mirror-image parts, like a left and right hand, which are connected at a central point. ‘These motor molecules are therefore asymmetrical, and this difference between the two halves dictates the way it turns’, Feringa explains.

In Nature Chemistry, Feringa’s group presents the first symmetrical motor molecule with controlled rotary motion. Feringa: ‘This symmetrical motor, which is light-driven just like our other molecular motors, has two rotation axles and two rotating parts.’ The axles are attached to a central part, which is also symmetrical, with the exception of one carbon atom. This atom has two different chemical groups attached to it, which force the rotating parts to turn in opposite directions, as seen from the central part.
Just like a car, this means that the two ‘wheels’ make the molecule move in one direction. ‘This discovery has fantastic implications for realizing autonomous motion on the nanoscale, such as transport over a nano road in a predetermined direction’, Feringa explains. ‘We are now working in our lab to make this type of nano transport a reality.’
The progress over the past decade with many different types of artificial molecular machines has been encouraging. This research is a good example of progress in a sustained development effort.
@nanotech1

DNA nanomachine lights up to diagnose diseases. @nanotech1

DNA nanomachine lights up to diagnose diseases
@nanotech1
The light-generating DNA antibody detecting nanomachine is illustrated here in action, bound to an antibody.

As current day nanotechnology makes incremental advances in technologies that advance the goal of atomic precision in control of the structure of matter, such as DNA nanotechnology, such advances sometimes also provide opportunities to apply primitive nanomachines to current needs. A hat tip to KurzweilAI for reporting such an advance announced by the newsroom of the Université de Montréal “Detecting HIV diagnostic antibodies with DNA nanomachines“:

New research may revolutionize the slow, cumbersome and expensive process of detecting the antibodies that can help with the diagnosis of infectious and auto-immune diseases such as rheumatoid arthritis and HIV. An international team of researchers have designed and synthesized a nanometer-scale DNA “machine” whose customized modifications enable it to recognize a specific target antibody. Their new approach, which they described this month in Angewandte Chemie [abstract], promises to support the development of rapid, low-cost antibody detection at the point-of-care, eliminating the treatment initiation delays and increasing healthcare costs associated with current techniques.

The binding of the antibody to the DNA machine causes a structural change (or switch), which generates a light signal. The sensor does not need to be chemically activated and is rapid – acting within five minutes – enabling the targeted antibodies to be easily detected, even in complex clinical samples such as blood serum.

“One of the advantages of our approach is that it is highly versatile,” said Prof. Francesco Ricci, of the University of Rome, Tor Vergata, senior co-author of the study. “This DNA nanomachine can be in fact custom-modified so that it can detect a huge range of antibodies, this makes our platform adaptable for many different diseases”.

“Our modular platform provides significant advantages over existing methods for the detection of antibodies,” added Prof. Vallée-Bélisle of the University of Montreal, the other senior co-author of the paper. “It is rapid, does not require reagent chemicals, and may prove to be useful in a range of different applications such as point-of-care diagnostics and bioimaging”.

“Another nice feature of our this platform is its low-cost,” said Prof. Kevin Plaxco of the University of California, Santa Barbara. “The materials needed for one assay cost about 15 cents, making our approach very competitive in comparison with other quantitative approaches.”

“We are excited by these preliminary results, but we are looking forward to improve our sensing platform even more” said Simona Ranallo, a PhD student in the group of Prof. Ricci at the University of Rome and first-author of the paper. “For example, we could adapt our platform so that the signal of the nanoswitch may be read using a mobile phone. This will make our approach really available to anyone! We are working on this idea and we would like to start involving diagnostic companies.”
@nanotech1

Light-emitting fluorophore (F) and quencher (green circle); appropriate target recognition elements (red hexagons). Credit: S. Ranallo et al./Angew. Chem. Int. Ed.)

The concept for this simple nanomachine is elegant enough: a light-emitting molecule is held by a weak DNA stem close to a molecule that quenches its signal. Attached near each end of the stem are two recognition elements—peptides, oligonucleotides, or other small molecules— that recognize widely separated regions on the target molecule, or on two separate target molecules. When these recognition elements bind to their targets, the weak DNA stem is broken appart, separating the quencher and fluorophore, and thus allowing the light signal to be emitted.

The success of the application will probably depend upon the sensitivity and precision of the two target recognition elements. Initial results reported in the publication indicate good sensitivity and no cross-reaction with seven target proteins representing several different types of proteins. If this application proves faster, more accurate, more convenient, and less expensive than alternative methods, it may pave the way for a wider variety of ever more sophisticated atomically precise nanomachines for diagnosis and therapy, leading eventually to complex medical nanorobots incorporating sensing, diagnosis, mobility, and therapeutic functions.@nanotech1
—James Lewis, PhD