Магнитные наночастицы (НЧ) типа ядро@оболочка на основе оксидов и карбидов железа активно исследуются с целью широкого применения в биомедицине. Например, предлагается их использовать при лечении раковых опухолей методом гипертермии, в адресной доставке лекарств, в качестве контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии. Изучение механизма синтеза НЧ важно для получения наноматериалов с заданными свойствами и их последующего применения.
Сотрудниками Центра исследован механизм превращения ферроцена Fe(C5H5)2 при высоком давлении (8 ГПа), температуре (900 °C) и изотермической выдержке до 10000 секунд (High Pressure High Temperature - HPHT). Обнаружено два типа превращений: in situ в камере высокого давления и ex situ превращение при контакте образцов с атмосферным воздухом.
Подробнее с исследованием сотрудников ИК РАН (Старчиков С.С., Заяханов В.А., Любутин И.С., Васильев А.Л., Любутина М.С., Фунтов К.О.) можно познакомиться в журнале Applied Surface Science.

#статьи #знайнаших

Фактор роста нервов (Nerve Growth Factor - NGF), нейротрофический фактор, который участвует в поддержании и росте специфических нейронных популяций, тогда как его предшественник, proNGF, участвует в апоптозе нейронов. Связывание NGF или proNGF с белками-рецепторами, такими как TrkA, p75NTR и VP10p, запускает сложные внутриклеточные сигнальные пути, которые могут модулироваться эндогенными молекулярными лигандами. Однако, молекулярный механизм их связывания остается недостаточно изученным.

В исследовании, в котором принял участие сотрудник ИК РАН (П.В. Конарев), показано, что аденозинтрифосфат (АТФ) связывается с частично разупорядоченным про-пептидом proNGF с константой диссоциации на уровне микромолей. Ионы Mg²⁺, играющие важную физиологическую роль в нейронах, при этом модулируют взаимодействие АТФ/proNGF.

Читаем в журнале Protein Science👀

#статьи #знайнаших

В последнее время повышенное внимание уделяется выращиванию и исследованию твердых растворов LiNb₍₁₋ₓ₎TaₓO₃. Это обусловлено как широкой областью применения кристаллов краевых соединений системы LiNbO₃–LiTaO₃, так и возможностью варьирования функциональных свойств в зависимости от состава. Из-за разницы пьезомодулей ниобата и танталата лития в смешанном кристалле может возникать значительный градиент деформаций на локальном уровне, что представляет большой интерес для задач стрейнтроники.

В работе сотрудников ИК РАН предложено использование высокочувствительного метода дифракции синхротронного излучения на углы рассеяния близкие к 180° для исследования пространственного распределения пьезоэлектрических свойств в LiNb₍₁₋ₓ₎TaₓO₃ с микронной пространственной локализацией и высочайшей точностью до 10⁻⁷. Установлена корреляция между величиной пьезомодуля d₂₂ и концентрацией Ta, полученной методом рентгенофлуоресцентного картирования.

Подробности в J. Appl. Cryst.

#статьи #знайнаших

Глиомы, одна из самых тяжелых злокачественных опухолей центральной нервной системы, имеют высокий уровень смертности и повышенный риск рецидива. Поэтому ранняя диагностика глиомы и контроль ее лечения имеют большое значение.

С помощью терагерцовой (ТГц) импульсной спектроскопии были исследованы образцы плазмы крови пациентов больных глиомой, с дефектами черепа при краниотомии и здоровых доноров. Анализ экспериментальных ТГц-данных был проведен с помощью машинного обучения (МО).

Было показано, что ТГц импульсная спектроскопия в сочетании с МО позволяет разделить плазму крови пациентов до и после операции по удалению опухоли (AUC = 0,92). Таким образом, была показана применимость ТГц импульсная спектроскопия и МО для диагностики глиомы и мониторинга лечения.

С исследованием сотрудников ИПЛИТ можно познакомиться в журнале Applied Sciences

#статьи #знайнаших

Оксид графита представляет собой слоистый материал, образованный из графена, к плоскостям которого при соединены кислородсодержащие группы – гидроксил, карбонил,
карбоксил и т. д. Недавно было показано, что один из основных методов синтеза таких материалов – метод Броди (Brodie) – позволяет получить более структурно упорядоченный
оксид с обратимым изменением параметров структуры и сорбции при изменении температуры. Присутствие растворителя и его тип также существенно влияют на характеристики оксида графита. Основная цель настоящего исследования состояла в том, чтобы получить более четкое понимание природы фазовых превращений в оксида графита Броди.

Настоящая работа посвящена изменениям, происходящим в оксиде графита, приготовленного методом Броди, в присутствии ацетонитрила при температурах в диапазоне
220–300 К. С использованием метода спинового зонда ЭПР, ДСК и рентгеновской дифракции были изучены образцы однократно (B–GO–1), двукратно (B–GO–2) и трехкратно (B–GO–3) окисленного оксида графита.

С исследованием, в котором принимал участие сотрудник ИК РАН (Хрыкина О.Н.) можно познакомиться в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

#статьи #знайнаших

В последнее время внимание многих исследователей привлекает реализация спирального массопереноса вещества. Нано- и микроструктуры, изготовленные с таким массообменом, могут быть использованы для генерации света с ненулевым орбитальным угловым моментом (ОУМ) или для обнаружения хиральных молекул. В случае металлов и полупроводников хиральность образующихся спиралевидных микроструктуры зависит от топологического заряда (ТЗ) освещающего оптического вихревого (ОВ) пучка. Совсем другая ситуация с поляризационно-чувствительными материалами, такими как азополимеры, азобензолсодержащие полимеры. Азополимеры демонстрируют чувствительный к поляризации массоперенос как на мезо-, так и на макроуровней и имеют огромный потенциал в дифракционной оптике и фотонике. Ранее были продемонстрированы односпиральные узоры, сформированные в тонких азополимерных пленках с помощью циркулярно поляризованных пучков с ОУМ и были продемонстрированы узоры с двойной спиралью, сформированные с использованием линейно поляризованных оптических вихрей. В этих случаях ТЗ используемых пучков не влиял на количество сформированных спиралей. В этом исследовании мы предлагаем использовать двухлучевую (комбинацию оптического вихря и гауссова пучка со сферическим волновым фронтом) интерференционную литографию для реализации спирального массообмена с заданным количеством формируемых спиралей. Топологический заряд оптического вихря, в данном случае, позволяет контролировать количество формируемых спиралей. Мы показываем, что микроструктуры, изготовленные после лазерной обработки тонких азополимерных пленок, можно использовать для генерации света ОУМ с заданным ТЗ. Экспериментально полученные результаты хорошо согласуются с численно полученными результатами и демонстрируют потенциал использования таких методов для лазерного обработка материалов из материалов, чувствительных к поляризации.

Настоящее исследование сотрудников ИСОИ РАН опубликовано в журнале Nanomaterials

#статьи #знайнаших

Благодаря миллиардам нейронов, которые связаны друг с другом через синапсы, человеческий мозг является отличным биологическим процессором, поскольку он может выполнять сложные операции с невероятной скоростью при очень низком потреблении энергии.

В классической архитектуре фон Неймана обработка данных и доступ к данным являются отдельными процессами, что ограничивает доступ к данным и скорость вычислений, а также требует низкого энергопотребления. Для создания эффективных биологически подобных электронных систем разрабатывается новая архитектура, называемая нейроморфной системой, с возможностью хранения большого объема данных и выполнения их параллельной обработки.

Основным функциональным блоком таких систем является переключаемая резистивная память, называемая мемристором. Мемристоры обладают высокой скоростью переключения из высокоомного в низкоомное состояние при низком энергопотреблении. Энергонезависимые мемристоры с дискретными состояниями сопротивления действуют как биологические синапсы в нейроморфных системах. Искусственные нейроны могут быть реализованы с использованием энергозависимых мемристоров, имитирующих биологические нейроны при срабатывании порогового переключения.

С исследованием сотрудников ИПЛИТ РАН можно ознакомиться в журнале Thin Solid Films

#статьи #знайнаших

Пиримидинфосфорилазы, в частности уридинфосфорилаза (УФаза), являются важными инструментами в биотехнологическом синтезе производных пиримидинов и медицине. Оптимизация процесса биокатализа и создание специфических регуляторов активности УФаз требуют понимания механизма функционирования фермента на структурно-функциональном уровне.

Для исследования каталитических процессов в белках-ферментах на структурно-функциональном уровне используeтся времяразрешающая белковая кристаллография, основанная на серийной кристаллографии и использовании лазеров на свободных электронах. Используя гибридные квантово-механические/молекулярно-механические (КМ/ММ) методы возможно предварительно описать путь ферментативной реакции и рассчитать энергетические характеристики этого процесса и/или его отдельных стадий.

В данной статье описывается исследование основной стадии ферментативной реакции фосфоролиза – нуклеофильного замещения азотистого основания в уридине на ортофосфатную или ортованадатную группу, проведенное методами KM/MM. Было проведено сравнение различных уровней теории и схем расчёта точечной энергии, пути минимальной энергии, термохимических характеристик реакции, а также оптимизация геометрии молекул реактантов, продуктов и переходного состояния.

В сравнении с расчётами активационного барьера, проведёнными в воде без фермента, были выявлены существенные отличия кинетики ферментативной реакции. Они обусловлены ориентирующими и концентрационными действиями аминокислотных остатков белка, что приводит к понижению энергии активации на ~20 ккал/моль и способствует протеканию реакции в физиологически приемлемых условиях.

Исследование сотрудников ИК РАН ( А.А. Лашков, П.А. Эйстрих-Геллер, В.Р. Самыгина, С.В. Рубинский) опубликовано в журнале Crystals

Рисунок. Энергетические профили реакции нуклеофильного замещения (верхние рисунки) и структуры переходного состояния (нижние рисунки).

#статьи #знайнаших

Развитие тераностики стимулирует спрос на разработку многофункциональных наноагентов. Апконвертирующие наночастицы (UCNP), фотовозбуждаемые ближним инфракрасным светом, глубоко проникающим в биоткань, являются мощным инструментом для создания противораковых наноагентов обладающих как диагностической, так и терапевтической модальностями.

В работе , опубликованной в журнале International Journal of Molecular Sciences, были разработаны биосовместимые полимерные мицеллы из поли(малеинового ангидрида-альт-1-октадецена) интеркалированные наночастицами UCNP. Фотофизические свойства наночастиц UCNP (NaYF4:Yb3+/Tm3+@NaYF4), внедренных в полимерные мицеллы, позволили реализовать одновременную визуализацию в ближней ИК-области спектра и фототермическую терапию опухолевого очага. Дальнейшая модификация поверхности полимерных мицелл термочувствительным полимером (поли-N-винилкапролактам), демонстрирующим конформационный переход при физиологических температурах, обеспечивала постепенное высвобождение загруженного лекарственного средства (доксорубицина) в опухолевой ткани. Кроме того, дополнительное декорирование наночастицами серебра (Ag NP), синтезированными in situ, позволило увеличить цитотоксичность мицелл при температуре роста клеток. Оценка жизнеспособности клеток на клеточных линиях Sk-Br-3, MDA MB-231 и WI-26 подтвердила этот эффект. Эффективность полученного комплекса была изучена в условиях in vivo по регрессии ксенотрансплантата Sk-Br-3 у мышей в течение 25 дней после перитуморального введения полимерных мицелл и их фотоактивации ближним ИК-светом.

В данном исследовании принимали участие сотрудники ИФТ РАН и ИК РАН: П.А. Демина, К.В. Хайдуков, А.В. Атанова, И.В. Крылов, В.С. Жигарьков, Р.А. Акасов, Е.В. Хайдуков и А.Н.Генералова.

#статьи #знайнаших

Элементы микромашин могут управляться светом, в том числе структурированным светом с фазой и/или поляризационными сингулярностями. Авторы статьи исследуют параксиальный векторный гауссовский пучок с кратными поляризационными сингулярностями, находящимися на окружности. Такой пучок представляет собой суперпозицию цилиндрически поляризованного пучка Лагерра–Гаусса с линейно поляризованным гауссовым пучком.

В работе демонстрируют что, несмотря на линейную поляризацию в начальной плоскости, при распространении в пространстве генерируются чередующиеся области с плотностью спинового углового момента (СУM) противоположного знака, что проявляется признаком спинового Холла эффект. Получено также, что в каждой поперечной плоскости максимальная величина СУМ приходится на окружность определенного радиуса. Получено приближенное выражение для расстояния до поперечной плоскости с максимальной плотностью СУМ. Кроме того, определили радиус окружности, на которой должны находиться поляризационные сингулярности, чтобы плотность СУМ была максимальная. Оказывается, в этом случае энергии пучков Лагерра-Гаусса и Гаусса равны. Получено также аналитическое выражение для плотности орбитального углового момента и найдено, что она равна плотности СУM, умноженной на πm/2, где m — порядок пучка Лагерра–Гаусса, равного числу поляризационных сингулярностей. Рассмотрена аналогия со скалярными волнами, которая показывает, что спиновый эффект Холла возникает из-за различной расходимости между линейно поляризованным гауссовым пучком и цилиндрически поляризованным пучком Лагерра–Гаусса. Области применения данного исследования – это проектирование микромашин с оптическим приводом вращающихся элементов.

Исследование сотрудников ИСОИ РАН (Ковалева А.А., Котляра В.В., Стафеева С.С.) опубликовано в журнале Micromachines

#статьи #знайнаших

Применение автоматизированных и роботизированных систем для проведения прецизионных малотравматичных операций является востребованным направлением в современной медицине. Один из перспективных инструментов для таких операций — автоматизированный лазерный скальпель на базе сканера с диагностикой процесса испарения биотканей в режиме реального времени.

В работе представлены результаты исследования возможности оперативной доплеровской диагностики послойного лазерного испарения биомоделей. В качестве скальпеля использовался хирургический CO₂ лазер с двухкоординатной сканирующей системой. Метод автодинного детектирования обратно рассеянного излучения, поступающего из зоны лазерного воздействия, применялся для диагностики процесса испарения. Показано, что автодинная диагностика послойного лазерного сканирования позволяет контролировать процесс испарения биоткани одного типа и определять границы между тканями различных типов как в плоскости сканирования, так и по глубине ткани (рис. 1). Полученные результаты могут быть использованы при разработке технологий автоматизированного лазерного послойного испарения биотканей применительно к задачам прецизионной малотравматичной хирургии.

Подробнее с исследованием сотрудников ИФТ РАН (А.К. Дмитриев, А.Н. Коновалов, В.Н. Кортунов и В.А. Ульянов) можно ознакомиться в журнале Journal of Biomedical Photonics & Engineering

#статьи #знайнаших

Фазоизменяемые материалы (ФИМ) представляют собой уникальный класс веществ, обладающих высоким воспроизводимым контрастом электрических и оптических свойств между аморфной и кристаллической фазам. Данное свойство нашло широкое применеие в устройствах хранения данных, а такие материалы, как Ag₄In₃Sb₆₇Te₂₆ (AIST) и Ge₂Sb₂Te₅ (GST) в последние десятилетия используются для оптической записи данных и в настоящее время вновь стали объектом исследований ученных как перспективный материал для разработки и создания модулей энергонезависимой памяти нового поколения.

Обратимый переход между аморфным и кристаллическим состояниями можно индуцировать разными способами: термическим нагревом, импульсами электрического тока и оптическими импульсами. В случае термического возбуждения можно реализовать только процесс кристаллизации с микро-милисекундным разрешением, импульсами электрического тока реализуются как кристаллизация, так и аморфизация с наносекундным разрешением.

Использование ультракортоких лазерных импульсов открывает новые возможности в исследовании сверхбыстропротекающих фазовых переходов и определения фундаментальных констант.

В работе представлены результаты исследования динамики изменения коэффициентов оптического пропускания и отражения тонких пленок GST при фазовых переходах, индуцированных фемтосекундным лазерным излучением. Предложена предсказательная модель на основе термокинетического подхода, позволяющая качественно и количествено определить долю кристаллической фазы и глубину ее залегания в пленке GST.

Исследование сотрудников ИПЛИТ РАН (А.А. Невзоров, В.А. Михалевский, А.В. Киселев, А.А. Бурцев, Н.Н. Елисеев, В.В. Ионин, А.А. Лотин) опубликовано в журнале Optical Materials

#статьи #знайнаших

Целью работы было создание гибридной дуплексной преломляющей/дифракционной линзы, которая, в сочетании с правильно разработанной программной постобработкой может получать визуально высококачественные изображения, сделанные в реальном мире. Созданная система хорошо работает не только в искусственной среде лаборатории, но, что более важно, в полевых условиях. Авторы исследования разработали и оптимизировали систему гибридных линз в собственном программном обеспечении HARMONY. Это позволило компенсировать отсутствие достаточно мощных возможностей доступных инструментов оптического моделирования. Обладая полной гибкостью моделирования, коллектив авторов из ИСОИ РАН разработал дифракционный элемент для компенсации внеосевых геометрических аберраций преломляющего элемент и гарантировал, что хроматические аберрации достигают нуля для двух граничных длин волн, обеспечивая надежную работу во всем видимом спектре.

Для производства использовалось широко доступное лазерное оборудование для записи, что обеспечивает воспроизводимость результатов и позволяет позже начать недорогое массовое производство. Для постобработки изображения было развернуто сквозное изображение на основе глубокого обучения, реконструкции с архитектурой, вдохновленной UNet. Для создания изображений, используемых для обучения, была построена простая автоматизированная лабораторная установка захвата с экрана. Интенсивное освещение обеспечивало качественную съемку, а ISO искусственно добавили корректировки шума и экспозиции, чтобы увеличить набор тестов, чтобы гарантировать, что данное устройство может хорошо работать в различных условиях освещения за пределами установки захвата.

Статья опубликована в журнале Sensors

#статьи #знайнаших

👑 Биомолекулярная корона спонтанно образуется на поверхности наночастиц при их контакте с биологическими жидкостями. Она играет важную роль в коллоидной стабильности наночастиц, что имеет значение для большинства их медицинских применений и оценки токсичности.

🔬 Взаимодействия на нано-био интерфейсе определяются поверхностными свойствами наночастиц, такими как характер распределения, заряд и свойства поверхности.
Поэтому исследования динамики наночастиц и процессов, приводящих к формированию биомолекулярной короны как экспериментальными, так и вычислительными методами, требуют высокого пространственного и временного разрешения.

💡 В исследовании, в котором принимали участие сотрудники Института Кристаллографии им. А.В. Шубникова М.В. Петухов и Э.В. Штыкова, показано, что увеличение плотности короны не уменьшает экспозицию ядра, но увеличивает среднюю толщину короны. Биотин, из-за его боковой цепи и гибкости спейсера, локализуется в основном вблизи гидрофобного ядра, и его частичное представление на поверхности происходит только в наночастицах с более высокой плотностью лиганда.

Статья опубликована в журнале Journal of Biomaterials Science.

#статьи #знайнаших