Исследователи из США разработали метод получения
изображения in vivo, способный выступить в роли альтернативы
существующим методикам.
Наночастицы оксида иттрия позволяют получить более
четкие изображения кровеносных сосудов (справа) по сравнению с полученными
с помощью классических методов (слева). (Рисунок из Chem. Commun., 2009,
DOI: 10.1039/b905927j)
Скотт Гильдербранд (Scott Hilderbrand) из медицинской
школы Гарварда изучал люминесцентные свойства наноматериалов на основе
иттрия, применив, затем, эти наночастицы для получения изображения
кровеносных сосудов мышей.
Метод основан на процессе преобразования с повышением
частоты (upconversion), в ходе которого частицы поглощают свет с
одной длиной волны и испускает электромагнитное излучение с меньшей длиной
волны. Как поясняет Гильдебранд, такой подход имеет большое преимущество в
сравнении с существующими методами, как, например, метод получения
изображения с использованием квантовых точек. Исследователь из Гарварда
отмечает, что хотя квантовые точки позволяют получить весьма сильное
излучение, на их производительность оказывает существенное влияние
аутофлуоресценция самой ткани, которая может повлиять на результаты
анализа. Материалы, работающие в соответствии с принципом преобразования с
повышением частоты, могут избавить аналитиков от помех, связанных с
аутофлуоресценцией, поскольку лишь малое количество биологических
материалов проявляют люминесценцию с повышением частоты излучения.
Исследователи из группы Гильдебранда использовали наночастицы на основе
оксида иттрия для получения изображений in vivo. В отличие от
многих контрастов для получения подобных изображений, построенных на
основе органических красителей, оксид иттрия стабилен по отношению к
свету. Внедрение наночастиц в полимерную оболочку позволило получить
необходимые для изучения биологических объектов vivo
водорастворимые частицы. Введение флуорофора в полимерное покрытие
заставило частицы проявлять флуоресценцию. Было обнаружено, что действие
новых контрастов не интерферируется аутофлуоресценцией, а сами они могут
использоваться для генерации четких изображения, что, возможно, позволит
использовать новый материал в ангиографии (angiography –
рентгенографии кровеносных сосудов).
Исследователи из Японии смогли добиться от спектральных
методов разрешающей способности в один атом, разработав метод
спектроскопии потери энергии электрона [electron energy loss
spectroscopy (EELS)]. Метод EELS позволяет определять не только
положение отдельного атома в твердом веществе, но и тип этого атома.
Изображение пяти фуллереновых клеток в углеродной
нанотрубке, полученное с помощью TEM (слева). Химическая карта того же
образца, полученная с помощью EELS (C –красный, Ca – зеленый) показывает,
что каждый фуллерен содержит по одному атому кальция. (Рисунок из Nat.
Chem., DOI: 10.1038/nchem.282)
В типичном эксперименте EELS исследователи облучают
твердый образец пучком электронов и измеряют понижение энергии луча
(потерю энергии), вызванную взаимодействием пучка электронов с атомами
образца; такая потеря энергии является характеристичной для каждого
элемента. При использовании в сочетании с просвечивающей электронной
микроскопией [transmission electron microscopy (TEM)] метод EELS
позволяет определить атомный состав наноазмерной области, изучающейся с
помощью TEM.
Обычный способ для увеличения разрешения обоих методов заключается в
увеличении энергии пучка электронов (до 400 кэВ), что позволяет
сфокусировать его до размеров атомов, однако при этом увеличение энергии
пучка электронов может привести к повреждению образца.
Для решения этой проблемы Казу Суенага (Kazu Suenaga) и
Юта Сато (Yuta Sato) модифицировали просвечивающий электронный микроскоп
дополнительно фокусирующими электроны корректорами аберрации
(aberration correctors), что позволило снизить энергию луча TEM
всего до 60 кэВ. Модифицированное устройство позволило изучить нанотрубки,
содержащие фуллерены с интеркалированными атомами кальция или церия.
Исследователи сообщают, что метод позволил не только отличить кальций от
церия, но и различить Ce3+ и Ce4+.
Висмут
катализирует рост оловосульфидных нанотрубок
С момента открытия углеродных нанотрубок в начале 1990-х
эти нанообъекты находятся в фокусе пристального внимания исследователей.
Помимо углерода нанотрубки можно получить и на основе других материалов.
Нанотрубки могут применяться во многих областях, включая создание
микроэлектронных схем, сенсоров, световодов и светоизлучающих устройств
для мониторов.
Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2009, doi:
10.1002/anie.200900546
Группа исследователей под руководством Вольфганга
Тремеля (Wolfgang Tremel) из Университета Майнца разработала новый процесс
для производства оловосульфидных нанотрубок. Как сообщают исследователи,
они заставили трубку расти из капли расплавленного металла.
Сульфиды металлов с ламинарной структурой, способные
образовывать неорганические нанотрубки не представляют собой новое в
техническом отношении решение. Такие объекты уже используются в медицине
для создания ультрапрочных и при этом эластичных волокон, для хранения
водорода, создания аккумуляторов, а также в катализе. Главная проблема
получения сульфидных нанотрубок заключается в том, что для превращения
плоских «листочков» в трубку требуются высокие температуры, получающиеся
нанотрубки также необходимо быстро улавливать, чтобы предотвратить процесс
их агломерации. Для сульфида олова такие подходы оказываются практически
невозможными, так как SnS2 разлагается при низких температурах.
Исследователи из Майнца решили применить для получения
оловосульфидных нанотрубок другой процесс: первоначально они использовали
методику пары-жидкость-твердое [vapor–liquid–solid (VLS)], метод,
обычно применяющийся для получения полупроводниковых нанопроводов. Для
этого порошкообразный висмут смешивали с нанохлопьями сульфида олова и
нагревали в трубчатой печи в потоке аргона. Продукт реакции осаждали на
более холодном конце трубки.
В печи образовывались нанокапли висмута, эти капли играли
роль зон локального контакта с оловом. Таким образом, участники реакции
концентрировались внутри капли металла, которая затем служила центром
кристаллизации для роста нанотрубки, которая росла из металлической сферы
как волос из волосяной луковицы. Катализ с помощью металлической капли
позволял «растить» нанотрубки и при низких температурах.
Новый метод позволил исследователям получить нанотрубки из нескольких
слоев SnS2 с диаметром от 30 до 40 нм и длиной от 100 до 500
нм.
Заседание Президиума
Российской академии наук 30 июня 2009 года
Очередное заседание Президиума Российской академии наук
состоялось 30 июня 2009 года. На заседании было заслушано
научное сообщение члена-корреспондента РАН Конова Виталия
Ивановича «Одностенные углеродные нанотрубки — новый
материал для фотоникия», сообщает пресс-служба РАН.
Виталий Конов представил краткий обзор
данных по структуре и методам синтеза одностенных углеродных нанотрубок
(ОУН) — одного из наиболее перспективных современных
наноматериалов.
В докладе рассматривался целый ряд уникальных свойств
собственно ОУН, а также известных композитных материалов на их основе,
предназначенных для использования в различных областях науки и технологий,
но непригодных для фотоники.
Коллективом сотрудников ИОФ РАН была поставлена и, в
кооперации с НЦВО РАН, ИПХФ РАН и ИРЭ РАН, успешно решена задача создания
материалов и устройств для фотоники на основе одностенных углеродных
нанотрубок. Это потребовало в свою очередь разработки оригинальных
технологий синтеза, очистки, селекции и введения ОУН в различные среды.
Первой демонстрацией замечательных возможностей применения ОУН-материалов
в фотонике были люминесцентные дисплеи с холодными катодами, получаемыми
электрофоретическим осаждением углеродной смеси, синтезируемой
электродуговым методом и содержащей ОУН. Было показано, что также катоды и
дисплеи на их основе обладают рекордными параметрами: электрическими
полями «включения» всего «0,1 В/мкм и яркостью до
20.000 кандел/м2. Полученные результаты находят свое
объяснение с точки зрения обнаруженного авторами квантоворазмерного
эффекта — зависимости работы выхода электронов от размера
наноструктуры. Вторым важным шагом стало создание высокостабильных,
широкополосных и сверхбыстродействующих нелинейно-оптических элементов
(насыщающихся поглотителей света) в виде ОУН-содержащих суспензий,
полимерных пленок и мембран. Введение таких элементов в резонаторы целого
ряда лазеров позволило осуществить так называемую «синхронизацию мод» и
получать столь простым способом генерацию мощных пико и фемтосекундных
лазерных импульсов. Минимальная длительность импульсов составила
180 фс, а рабочий диапазон длин волн излучения 1—2 мкм. Эти
достижения также являются рекордными.
В своем докладе учёный представил области практического
применения в фотонике созданных материалов и устройств на основе
одностенных углеродных нанотрубок.
При обсуждении доклада членами Президиума Российской
академии наук Беляев Ю. В. отметил: «Отрадно, что в
данной области наноэлектроники мы — пионеры. Еще в 1991 г. были
выращены однослойные и многослойные нанотрубки. Чтобы согласовать
экспериментальные данные и теорию, пришлось делать предположения, которые
теперь подтверждены исследованиями, о которых говорилось в докладе. Сейчас
сделан первый прибор, на основе углеродных нанотрубок сделаны дисплеи.
Надеемся, что такие телевизоры завоюют мир, несмотря на экономические
трудности».
Академик Алдошин Сергей Михайлович
сделала акцент, на то что, «исследования идеально подходят для
инновационных разработок в самолетостроении. Рынок для использования новых
материалов есть».
Результаты данного исследования академик Алферов
Жорес Иванович считает очень перспективными: «Результаты
исследований могут найти перспективное применение, как в будущем
телевидения, так и в области лазерной техники. Доклад ярко
продемонстрировал эффективность совместного осуществления фундаментальных
и технологических исследований и наличие в РАН научных школ. Академия
может реально участвовать в инновационных проектах. Надо находить базовые
решения на основе фундаментальных исследований. Еще один отличный пример
сочетания технологических и фундаментальных исследований — новые
полупроводники с использованием нанотрубок».
В завершение обсуждения президент РАН академик
Осипов Юрий Сергеевич отметил: «Непонятно почему
искусственно разделяются фундаментальные исследования и инновации.
РОСНАНО отказывается поддерживать
фундаментальные исследования. Есть мнение, что РАН не занимается
инновациями. Мы занимаемся фундаментальными исследованиями, результаты
которых используются в инновационных разработках. Попытки разделить эти
сферы надуманы».
Так же на заседании Президиума РАН были обсуждены и
приняты решения по ряду других научно-организационных вопросов.
Исследователи из Университета Лестера разработали простой
метод, позволяющий синтезировать флуоресцентные наночастицы кремния,
которые могут помочь изучить усвоение лекарственных веществ клетками
организма.
Суспензия наночастиц в ячейке из кварцевого стекла,
освещенная ультрафиолетом. Наночастицы флуоресцируют в синей области
спектра. (Рисунок из Applied Physics Letters, 2009, 94261102)
Возглавлявший исследование Клаус фон Хефтен (Klaus von
Haeften) поясняет, что преимущество нового метода заключается в том, что
он позволяет добиться контроля размеров и свойств поверхности наночастиц.
В предлагаемом методе можно использовать различные прекурсоры
нанообъектов, с помощью этого метода можно без труда получать
флуоресцирующие суспензии, новый способ получения наночастиц может
оказаться весьма полезным для создания электронных микросхем, к которым
предъявляются все большие требования относительно степени их интеграции.
Наночастицы состоят из нескольких сотен атомов кремния,
флуоресценция этих объектов была обнаружена после приготовления их
суспензии в воде. Водная суспензия наночастиц проявляет устойчивую
флуоресценцию в течение трех месяцев. Исследователи полагают, что
разработанный ими подход может также оказаться шагом вперед в области
создания биомедицинских сенсоров, которые могут способствовать слежению за
усвоением клетками лекарственных веществ.
Благодаря тому, что интенсивная флуоресценция позволяет
легко определить даже единственную наночастицу, новые флуоресцирующие
кремниевые нанообъекты могут использоваться для введения метки в
биологические материалы. В настоящее время исследователи из Университета
Лестера работают над практическим применением новых частиц.
Первое искусственно контролируемое
молекулярное устройство
Совместная работа исследователей из Франции и Сингапура
позволила создать молекулярное устройство размером 1.2 нм, вращательное
движение которого может контролироваться.
Возглавлявший работу над проектом профессор Кристиан
Иоахим (Christian Joachim) отмечает, что создание молекулярного устройства
размером в несколько атомов или молекул – даже не половина дела, поскольку
главное – иметь возможность контролировать и направлять движение этого
устройства. Он добавляет, что в результате работы над проектом удалось
создать полноценное молекулярное устройство, которое со временем сможет
стать основой для создания более сложных молекулярных устройств.
В группе Иоахима было обнаружено, что успешное управление
вращением мономолекулярной машины может быть достигнуто за счет
оптимизации строения молекулы и использования особенностей химических
свойств поверхности, на которой она располагается. Работу Иоахима можно
расценить как прорыв в области создания молекулярных машин, так как
прежние работы, посвященные разработке таких устройств, позволяли получать
лишь системы, способные к сложной суперпозиции вращательного и
поступательного движений. В группе Иоахима доказали, что вращение молекулы
может контролироваться за счет электрического взаимодействия между
молекулой и щупом сканирующего туннельного микроскопа (Scanning
Tunnelling Microscope).
Замещенные полистиролы и минерализация гидроксиапатита
Исследователи из Университета Ульма,
работающие под руководством Ландфестера (K. Landfeste) разработали шаблоны
для биоминерализации на основе карбоксил-функционализированных частиц
полистирола (1).
Рисунок из Chem. Mater. 2009, 21,
2218
Частицы были получены эмульсионной
полимеризацией стирола с акриловой кислотой в присутствии ионогенных и
неионогенных поверхностно-активных веществ. При этом стабильные частицы
были получены только при низком содержании акриловой кислоты в смеси и при
использовании ионогенного ПАВ.
В присутствии ионогенного ПАВ были
получены частицы функционализированного полистирола, диаметр которых
увеличивался с 162 до 254 нм по мере увеличения концентрации акриловой
кислоты с 1 до 3% (по массе). Неионогенный ПАВ позволяет ввести в
сополимер большее количество кислотных функциональных групп и получить
частицы меньшего диаметра, однако до непосредственного использования таких
частиц в качестве шаблона требуется их тщательная очистка с помощью
диализа.
Исследователи обсуждают ряд
тенденций, определяющих площадь поверхности частицы в зависимости от
концентрации сомономера акриловой кислоты и типа ПАВ. При постоянной
концентрации акриловой кислоты более «кислая» поверхность полимерной
гранулы образуется при использовании неионогенного ПАВ, плотность заряда
на поверхности полимерной частицы возрастает по мере увеличения содержания
в реакционной смеси акриловой кислоты, независимо от типа ПАВ.
При рН 10 и постепенном добавлении ионы
кальция и фосфат-ионы (взятые в молярном соотношении 5:3) образуют
гидроксиапатит на функционализированных частицах полистирола (2).
Образование гидроксиапатита напрямую зависит от плотности заряда на
поверхности полимерной наночастицы. При одинаковом количестве
карбоксилсодержащих структурных звеньев, более однородные кристаллы
гидроксиапатита (19–22 нм) образовывались на частицах полимера, полученных
с использованием неионогенного ПАВ. Образующиеся нанокристаллы
гидроксиапатита остаются связанными с поверхностью модифицированных
полистирольных частиц.
VI Российская ежегодная
конференция молодых научных сотрудников и аспирантов
VI Российская ежегодная конференция молодых
научных сотрудников и аспирантовпроводится
в Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова
РАН 17-19 ноября 2009 г. под
председательством академика Ю.В. Цветкова.
Среди членов оргкомитета 6 академиков и 9
член-корреспондентов РАН. Информационные и основные
интернет-партнёры конференции: издание «Наука и технологии России–
STRF.ru» иагентство «ИнформНаука».
Типографическую поддержку обеспечивает журнал «Перспективные материалы».
Планируется поддержка конференции РФФИ.
Эта ставшая уже традиционной конференция
ежегодно проводится с целью поддержки творческой активности
молодых научных сотрудников и аспирантов академических институтов,
государственных научных центров и вузов, предприятий, занимающихся
научно-техническими проблемами, а также студентов
старших курсов.Автором доклада может быть только один
молодой ученый в возрасте до 35 лет.
Тематика конференции
посвящена наноматериалам и нанотехнологиям; физикохимии и технологиям
энергосберегающих и экологически безопасных процессов получения черных,
цветных и редких металлов, керамики, наноматериалов; развитию
физико-химических основ создания новых металлических и керамических
материалов, наноматериалов, в том числе конструкционных и функциональных
материалов, монокристаллов и интерметаллидов, материалов с аморфной и
нанокристаллической структурой, нанокомпозитов; физико-химическим основам
новых процессов формообразования и обработки давлением материалов и
наноматериалов; развитию методов исследований структуры и свойств
материалов и наноматериалов.
По итогам Конференции проводится конкурс
представленных устных докладов. Планируется издать сборник трудов
конференции в форме статей. Оргвзносы не
предусмотрены, личное получение трудов конференции – бесплатно.
Международные
новости
Исследователи из США разработали метод получения
изображения in vivo, способный выступить в роли альтернативы
существующим методикам. 
