Танталовое покрытие увеличит срок службы и приживаемость имплантов из титана

Титан применяют в стоматологии и хирургии уже более 50 лет благодаря его высокой прочности, легкости и устойчивости к коррозии. Из него делают зубные импланты, суставы, фрагменты костей, а также соединительные элементы для их сращивания. Этот металл обладает хорошей биосовместимостью — в большинстве случаев организм его не отторгает, однако иногда примеси (ванадий, железо, алюминий), содержащиеся в титановых сплавах, могут провоцировать аллергию. Избежать таких реакций помогает формирование на титане твердого пористого покрытия из керамики или других биосовместимых металлов и их соединений (оксидов, нитридов и других). Еще одно преимущество пористого покрытия состоит в том, что костная ткань срастается с ним быстрее, чем с гладким материалом, что ускоряет приживление импланта. Перспективным материалом для такой обработки является тугоплавкий, но пластичный металл тантал. Под действием высокой температуры на нем образуется тонкий оксидный слой, устойчивый к коррозии, гипоаллергенный и нейтральный по отношению к организму человека. Также благодаря контролируемой термической обработке тантал становится твердым и приобретает наноразмерную поверхностную структуру. Это позволяет имплантируемой конструкции хорошо переносить интенсивные механические нагрузки, которым подвергаются кости.

Ученые Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина в 2018 году предложили совместить высокотемпературную обработку танталового покрытия с методом электроискрового легирования — нанесения тантала на титан с помощью устройства, генерирующего электрические искры между электродом и изделием. Рабочая часть танталового электрода оплавлялась и в виде микрокапель переносилась на поверхность титана, благодаря чему металлы «сваривались». Последующая термическая обработка приводила к образованию на покрытии оксида тантала, который упрочнил титан-танталовый слой и заполнил трещины, появившиеся из-за быстрого остывания танталовых капель. Такой метод позволил получить упругое высокопористое покрытие. Однако его недостатком оказалась неравномерная толщина от 2–3 до 20–30 микрон, которая мешала покрытию выполнять роль своеобразного буфера между костью и титаном, защищая имплант от повреждений. Наличие тонких участков объяснялось тем, что процесс нанесения микрочастиц тантала было сложно контролировать. В новом исследовании ученые автоматизировали процесс электроискрового напыления тантала с помощью числового программного управления. 

Работа опубликована в журнале 📕International Journal of Refractory Metals and Hard Materials (IF = 4.80)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/711
#новости

Заключение в полимер улучшило эффект метилпреднизолона при травмах позвоночника

Пояснично-крестцовый отдел спинного мозга содержит нейронные цепи, активность которых отвечает за движение задних конечностей. Понимание того, как они работают и управляют нижележащими участками тела, важно для создания эффективных способов восстановления после травм позвоночника. Также до сих пор до конца не ясно и то, что происходит с этими цепями, если повреждение локализовано выше, в грудном отделе.

Первичные механические повреждения спинного мозга необратимы и их тяжесть нельзя изменить, а вот на вторичные можно и нужно влиять. Последние обусловлены биохимическими изменениями в поврежденных тканях, из-за чего могут погибать все новые и новые клетки — в результате состояние пациента ухудшается. В первые несколько часов назначают специальные нейропротекторные препараты, оказывающие противовоспалительное и антиоксидантное действие. Так можно если не остановить прогрессирующее повреждение, то хотя бы минимизировать его.

Долгое время рекомендовалось использовать в первые восемь часов после травмы инъекции метилпреднизолона в больших дозах — достаточно сильного синтетического кортикостероида. Однако у такой терапии много тяжелых побочных эффектов, в том числе пневмония, лейкемия, нейропатии и прочие, а эффект может не стоить подобных рисков. Авторы новой статьи считают, что причина заключается в недостаточной точности доставки лекарства к месту повреждения: чтобы действительно был хороший результат, приходится практически травить пациента метилпреднизолоном. Исследователи предложили иной подход: заключить препарат в состав наноразмерных мицелл из амфифильного триблок-сополимера — полимера из трех звеньев с отличными свойствами. Такие вещества могут взаимодействовать с мембранами клеток и обеспечивать более точную доставку лекарства. 

Работа опубликована в журнале 📕Biomedicines (IF = 4.76)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/709
#новости

Группа Хемотроники и Интерфейсов

📍Организация: Университет ИТМО🏛
🧑🏻‍🔬Области науки: Коллоидная химия, Электрохимия, Нанотехнологии

Чем мы занимаемся:
Наша лаборатория была создана с основным акцентом на самосборку мягких (белки, ДНК, полимеры) и твердых (металлы, оксиды) наночастиц на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей (англ. liquid-liquid interfaces), спектроскопию комбинационного рассеяния (aka Raman spectroscopy), двумерные материалы (графены/мексены), а также электрохимию с целью применения для создания сенсоров и биосенсоров нового поколения.

🔬Направления исследований:

— Подложки для усиленной рамановской спектроскопии
— Мемристивные устройства на основе 2D материалов
— Новые методы атомно-силовой микроскопии
— Использование границ раздела для очистки и создания продуктов питания
— Электроды для электрохимического детектирования

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/521

#лаборатории

Атомы примесей в полупроводниках могут стать кандидатами в кубиты

Кубит — единица информации в квантовом компьютере. В процессе вычислений он находится во всех состояниях сразу и поэтому помогает обработать гораздо больше информации, чем классический бит, который может принимать только значения 0 или 1.

В роли кубита могут выступать различные квантовые системы: сверхпроводящие искусственные атомы, квантовые точки, атомы в ловушках, реальные атомы в твердом теле и так далее. Однако слабым местом всех существующих кубитов является неустойчивость к шумам. Например, небольшое колебание температуры или магнитного поля могут нарушить квантовое состояние кубита, и он окажется непригоден к вычислениям. Эта проблема разрушения квантового состояния называется декогеренцией и является одной из фундаментальных причин, по которой квантовые компьютеры пока не имеют широкого применения.

Ученые ищут физические системы, в которых можно реализовать кубиты, более устойчивые к шумам. Например, если в некоторые полупроводники добавить примеси, электроны примесных атомов будут долго (по квантовым меркам это несколько наносекунд) сохранять направление спина — собственного магнитного момента.

В новой работе физики из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий совместно с коллегами заменили часть атомов теллура в дихалькогениде 2H-MoTe2 на атомы брома и с помощью электронного пармагнитного резонанса и туннельной сканирующей микроскопии исследовали структуру электронов примесного атома и оценили время когерентности системы. Так они экспериментально показали, что атомы примесей в полупроводниках могут формировать долгоживущие устойчивые квантовые состояния, а значит, эти атомы можно использовать в качестве кубитов в квантовом компьютере.

Работа опубликована в журнале 📕 Communications Physics (IF = 6.50)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/713
#новости

Музыкальная аналогия легла в основу модели вторичного метаболизма грибов

Мицелиальные грибы, тело которых (мицелий) напоминает скопление тонких переплетающихся нитей, широко используются в биотехнологии для производства лекарственных препаратов, например антибиотиков, статинов, иммунодепрессантов. Отдельные виды этих грибов способны синтезировать более ста подобных биологически активных соединений, называемых вторичными метаболитами. Однако в конкретный период жизнедеятельности синтезируются лишь некоторые из этих веществ. Это зависит как от этапа развития микроорганизма, так и от условий внешней среды. Синтез различных вторичных метаболитов контролируется «включением» и «выключением» соответствующих генов в ответ на внутренние или внешние сигналы. 

У мицелиальных грибов были обнаружены целые кластеры генов, контролирующие синтез вторичных метаболитов. Зная принципы, по которым эти гены активируются и подавляются, ученые предпринимают попытки управлять способностью грибов синтезировать важные для биотехнологии и медицины соединения и тем самым улучшать штаммы-продуценты. За последние десятилетия исследователи со всего мира накопили колоссальный объем информации о синтезе вторичных метаболитов у грибов. В связи с этим существует необходимость в обобщении всех данных и создании модели, способной наиболее просто и полно их описать.

Александр Жгун, к.б.н., руководитель группы генетической инженерии грибов ФИЦ Биотехнологии РАН🏛, на основе классификации вторичных метаболитов грибов, их генных кластеров и иерархической системы регуляции предложил модель, обобщающую множество сложных процессов, происходящих в клетках мицелиальных грибов при синтезе вторичных метаболитов. Поскольку синтез любого из этих соединений «запускается» в ответ на некий сигнал, ученый сравнил его с принципом работы фортепиано, которое издает определенный звук в ответ на нажатие той или иной клавиши.

Работа опубликована в журнале 📕International Journal of Molecular Sciences (IF = 6.21)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/715
#новости

Новые комплексы иридия предлагается использовать для лечения рака

Комплексные соединения, состоящие из металлов и органических молекул, называемых лигандами, часто используются в качестве катализаторов — веществ, ускоряющих химические реакции. Дело в том, что металл в составе комплексов может отдавать или принимать электроны от других соединений. Это активирует вступающие в реакцию молекулы и позволяет синтезировать из них нужные для химии и фармацевтики продукты. Чтобы комплексное соединение могло взаимодействовать с разнообразными молекулами, то есть проявляло высокую активность, оно должно обладать окислительно-восстановительными способностями в широком диапазоне, то есть «уметь» отдавать и/или принимать большое количество электронов.

С этой точки зрения в качестве катализаторов и биологически активных соединений перспективны комплексы на основе металлов и бис(имино)аценафтенов — азотсодержащих ароматических молекул, обладающих окислительно-восстановительной активностью. Такие органические молекулы способны обратимо принимать до четырех электронов, а потому легко вступают в различные химические превращения. Благодаря этому подобные комплексы потенциально можно использовать не только в катализе, но и в бионеорганической химии, например, для генерации активных форм кислорода с целью уничтожения опухолевых клеток, однако до сих пор их свойства остаются недостаточно изученными.

Ученые из Института неорганической химии имени А. В. Николаева 🏛, синтезировали три новых комплекса иридия с бис(имино)аценафтеном. Иридий представляет собой редкий металл, который, как и его органический «партнер», может находиться в разных окислительно-восстановительных состояниях. Чтобы получить первый комплекс, авторы взяли за основу коммерчески доступное хлорсодержащее соединение иридия и при нагревании смешали его с раствором бис(имино)аценафтена. В результате получили кристаллическое вещество, которое извлекли из раствора выпариванием. Второй и третий комплексы синтезировали на основе первого, добавив к нему азот- и фторсодержащие реагенты.

Работа опубликована в журнале 📕International Journal of Molecular Sciences (IF = 6.21)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/714
#новости

Новая модель описала процесс создания дугового разряда в аргоне и гелии

Во многих отраслях науки и техники сегодня используются нанотехнологии — направления, позволяющие создавать самые разные объекты (частицы, молекулярные комплексы и даже целые устройства), размер которых в миллионы раз меньше миллиметра. Так, например, в медицине наномасштабные объекты используются для доставки лекарств, в материаловедении — для синтеза легко управляемых или так называемых «умных» материалов, в микроэлектронике — для создания миниатюрных процессоров и запоминающих устройств.

Одним из наиболее перспективных методов создания наноструктур считается плазменный синтез с помощью дугового разряда. Этот подход заключается в том, что нужный нанообъект «собирается» из отдельных атомов или молекул с помощью неравновесной плазмы — газа, насыщенного заряженными частицами. Чтобы обогатить газ такими частицами, то есть ионизировать, используют электроды (например, графитовые) — элементы, между которыми протекает электрический ток. Когда ток, поступая от одного электрода к другому, проходит через газ, возникает разряд, по форме напоминающий дугу. Эксперименты показали, что этот газовый разряд сильно нагревает поверхности электродов, из-за чего с них испаряются частицы углерода. На их основе можно синтезировать различные наноструктуры: углеродные нанотрубки, наносферы (фуллерены) и тонкие листы графена, используемые в электронике и биомедицине. Однако до сих пор оставалось не ясным, какие условия синтеза — сила тока, размер электродов, межэлектродное расстояние, давление и сорт газа — оптимальны для сборки углеродных нанообъектов из отдельных частиц.

Ученые из Казанского национального исследовательского технического университета имени А. Н. Туполева-КАИ разработали самосогласованную физико-математическую модель, наиболее полно описывающую процесс создания дугового разряда в двух инертных газах — аргоне и гелии.  Авторы смоделировали ситуацию, когда в газ поместили два графитовых электрода (положительно и отрицательно заряженный), а затем подавали на них постоянный ток, постепенно увеличивая вкладываемую мощность в разряд. Численные расчеты позволили исследователям определить режим газового разряда, при котором становится возможным синтезировать в нем углеродные наноструктуры. Дело в том, что, согласно модели, газовый разряд по мере увеличения силы подаваемого на электроды тока проходит три последовательные стадии, лишь одна из которых подходит для синтеза.

Работа опубликована в журнале 📕Nanomaterials (IF = 5.72)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/716
#новости

#конференции

📌Международный форум «Агробиотехнологии: достижения и перспективы развития»

🏛Место проведения — Москва, Факультет Почвоведения МГУ🏛;
🗓Даты проведения — 17-20 августа 2023;
⏰Сроки приёма заявок — до 31 июля 2023;
👥Способ проведения — офлайн/онлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Анализ слюны позволит выявлять риски развития депрессии

Клиническая депрессия, или большое депрессивное расстройство, является второй (после онкологических заболеваний) наиболее частой причиной потери трудоспособности. Ученые ожидают, что к 2030 году она выйдет на первое место. По данным Всемирной организации здравоохранения, этой хронической болезни подвержены 280 миллионов человек по всему миру.

В рамках совместного с Университетом Шарджи проекта ученые использовали комплексные мультимодальные данные, которые характеризуют пациента с разных сторон — МРТ-исследования, электроэнцефалографию, анализ крови, генотипирование и транскриптомный анализ.

Опубликованная работа посвящена одному типу данных — транскриптомному, то есть анализу экспрессии генов в клетках. Часть биомаркеров обнаружили с помощью машинного обучения и открытых баз данных, сравнивая показатели для пациентов разных национальностей. Данные транскриптомного анализа от 170 пациентов с клинической депрессией и 121 здорового человека параллельно обрабатывали двумя разными методами — биоинформатическим и с привлечением машинного обучения.

Ученые получили наиболее значимые гены, сравнив результаты двух исследований. Такой подход позволил повысить их объективность, так как методы, используемые параллельно, основаны на разных моделях. После валидации результатов на независимой выборке их подтвердили и с помощью лабораторных исследований — анализа слюны 12 пациентов с клинической депрессией и 8 здоровых пациентов. С помощью атласа мозга Аллена также показали, что эти гены экспрессируются в различных участках мозга человека. В дальнейшем можно расширять и уточнять набор этих маркеров для скрининга и быстрой диагностики.

Работа опубликована в журнале 📕Neurobiology of Stress (IF = 7.14)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/719
#новости

#конференции

📌XХV Международная Научная конференция (Школа) по морской геологии

🏛Место проведения — Москва, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН🏛;
🗓Даты проведения — 13-17 ноября 2023;
⏰Сроки регистрации — до 31 июля 2023;
👥Способ проведения — офлайн/онлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Выбивая электроны, физики определили направление магнитных моментов лантаноидов

Лантаноиды — семейство редкоземельных металлов, обладающих большим магнитным моментом. Они находят широкое применение в производстве электроники, магнитов, лазеров, оптического волокна, металлургии, химической и ядерной промышленности и множестве других областей.

По химическим свойствам лантаноиды очень схожи между собой, что объясняется строением электронных оболочек их атомов. В соединениях они в большинстве случаев оказываются трехвалентными, то есть образуют три связи с другими атомами. По мере увеличения заряда ядра внешние 5d- и 6s-электронные оболочки остаются незаполненными, но происходит заполнение сильно локализованных 4f-электронных орбиталей. 

Электроны 4f-оболочки и определяют магнитные свойства лантаноидов: поскольку электроны частично заполняют 4f-оболочку, ее форма оказывается несимметричной и возникает магнитный момент. В соединениях на эту электронную оболочку действует электрическое поле самого кристалла, и при низкой температуре она поворачивается, чтобы минимизировать энергию; с ней поворачивается и магнитный момент. Когда температура растет, повышается вероятность перехода электронов на более высокие энергетические уровни — меняется форма оболочки, ее ориентация и среднее направление магнитного момента. Ученым важно знать зависимость направления от температуры и строения материалов, чтобы создавать наноструктуры из лантаноидов с заданными магнитными параметрами. Такие системы, например, применяются в спиновой электронике — когда сигнал переносит не электрический ток, а ток спинов.

Физики предложили метод, который позволит надежно контролировать направление магнитного момента в тонкопленочных монокристаллических соединениях лантаноидов в зависимости от температуры и структуры соединений. Предложенный подход будет полезен при разработке широко круга технологически значимых гетероструктур и слоистых нанообъектов, мономолекулярных магнитов, а также магнитно активных супрамолекулярных соединений, содержащих лантаноиды.

Работа опубликована в журнале 📕Journal of Physical Chemistry Letters (IF = 6.89)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/718
#новости

Квазистабильные цепочки атомов сделали жидкий висмут более структурированным

Висмут представляет собой металл серебристого цвета, который широко используется в электронике в качестве компонента печатных плат, а также в ядерной энергетике для производства детекторов радиационного излучения. При этом любые детали на основе этого элемента создаются посредством литья; расплав висмута способен затвердевать и превращаться в кристалл при температурах ниже 270°С.

Ученые из Казанского федерального университета🏛 совместно с коллегами из Удмуртского федерального исследовательского центра Уральского отделения РАН исследовали структурные особенности жидкого висмута с помощью рентгеноструктурного анализа. В рамках такого подхода через образец пропускают рентгеновское излучение и по тому, как оно рассеивается материалом, получают информацию о структуре образца.

В результате авторы обнаружили, что  структура жидкого висмута отличается от структуры большинства других жидкостей, включая металлические расплавы. Так, в жидком висмуте были обнаружены короткоживущие кластеры атомов, которые представляют собой разветвленные цепочки, образуемые триплетами — тройками атомов. Такие триплеты характеризуются правильной геометрией и имеют вид равнобедренного треугольника, тогда как структуры более высокого уровня — цепочки — из-за теплового движения атомов в жидкости постоянно (с частотой чуть более триллионных долей секунды) перегруппировываются и меняют свою форму.

Работа опубликована в журнале 📕Scripta Materialia (IF = 6.30)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/720
#новости

Среда по-разному влияет на механизмы памяти и обучения у самок и самцов крыс

Условия, в которых живет человек или животное, влияют на его иммунитет, когнитивные способности и развитие мозга. Американский психолог Марк Розенцвейг в 1960-х годах разработал метод исследования психофизиологических изменений у животных с помощью обогащенной среды — сложных, часто меняющихся условий, которые имитируют жизнь в естественной среде. Такие условия включают социальные взаимодействия животных друг с другом, физическую активность, а также разные зрительные, слуховые и тактильные стимулы в виде игрушек. В некоторых вариантах обогащенная среда может включать взаимодействия самцов с самками.

Эксперименты Розенцвейга показали, что крысы, которых содержали в обогащенной среде, дольше жили, реже болели и по когнитивным способностям превосходили собратьев, обитавших по двое в маленьких клетках. Подобные результаты подтверждают, что взрослый мозг обладает нейропластичностью — способностью формировать новые нервные клетки и нейронные связи. Однако на процессы во взрослом мозге, кроме внешних факторов, влияет и множество внутренних, таких как гормональные колебания, специфичные для мужского и женского пола. Это дает ученым возможность наблюдать различные поведенческие реакции у животных разного пола, а также выявлять, какие молекулярные и клеточные механизмы в мозге приводят к конкретным изменениям в поведении. 

Ученые из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта 🏛 сравнили изменения, произошедшие в мозге взрослых самцов и самок крыс, живших в обогащенной среде. Для исследования более 80 крыс возрастом в один месяц разделили на экспериментальную и контрольную группы с примерно одинаковым количеством самцов и самок в каждой. Грызуны из контрольной группы жили по двое в стандартных лабораторных клетках. Крысам из экспериментальной группы создали условия обогащенной среды: по 6–9 животных одного пола в просторных трехъярусных клетках с колесами для бега, лестницами и игрушками, которые менялись каждые три дня. Через два месяца ученые оценили когнитивные способности животных с помощью поведенческих тестов и сравнили результаты крыс обоих полов из разных групп.

Работа опубликована в журнале 📕Biomedicines (IF = 4.76)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/721
#новости