Российские ученые предложили метод манипулирования частицами, который поможет создавать искусственные биологические ткани
Биологи и физики Тюменского государственного университета и национального исследовательского ядерного университета МИФИ исследуют возможность манипулировать микрочастицами не только за счет нагрева несущей среды, но и за счет понижения ее температуры. Это открывает большие перспективы для применения предлагаемого метода в биологических исследованиях и медицине, где важно не разрушать термически живые объекты.
Статья «Транспорт и сборка микрочастиц через потоки Марангони в режимах нагрева и охлаждения» сотрудников Научно-исследовательской лаборатории фотоники и микрофлюидики ТюмГУ Мохамеда Аль-Музайкера, Натальи Ивановой, Виктора Флягина и физика из НИЯУ МИФИ Петра Лебедева-Степанова вышла в журнале «Коллоиды и поверхности А: физико-химические и технические аспекты».
Манипулирование микрочастицами, взвешенными в жидкой среде (включая твердые частицы, полимеры, клетки, мицеллы и белки), а также формирование самосборки желаемой структуры и морфологии на поверхности имеют решающее значение для химических и биомедицинских исследований, изготовления новых материалов, покрытия и очистки в электронной и оптической промышленности.
В большинстве случаев самосборка или агрегация частиц определяется действием капиллярных течений, переносящих частицы к областям интенсивного испарения в самопроизвольно испаряющихся жидкостях. Яркий пример спонтанной самоорганизации частиц в испаряющихся каплях – эффект кофейного кольца, когда кофейные частицы после высыхания капли образуют кольцевую структуру.
Сегодня подходы к формированию требуемых морфологий (паттернов) ансамблей частиц в испаряющихся коллоидных жидкостях можно разделить на пассивные и активные. Пассивные методы реализуются, например, созданием рельефа на поверхности травлением или литографией, или использованием масок для испарения в открытых системах, так называемой испарительной литографии. Однако у этих методов есть недостаток, связанный с невозможностью манипулирования частицами путем настройки параметров управления в реальном времени.
Активные методы — это воздействие на систему внешних раздражителей, например, акустических волн, инерционного поля, электрических магнитных полей. Звуковой эффект создает периодические поля давления (стоячие акустические волны), которые приводят к соответствующему распределению ансамбля частиц в большом масштабе. В последнее время точные акустические пинцеты необходимы для улавливания отдельных частиц.
Применимость методов, основанных на магнитных и диэлектрофорезных эффектах, ограничена специфическими свойствами (поляризуемость, восприимчивость, проводимость) частиц и среды. Использование оптических пинцетов обеспечивает высокоточное манипулирование одиночными частицами, но для управления множеством частиц требует сложной оптической установки и дорогостоящих оптических инструментов для временных и пространственных преобразований светового луча, которые не позволяет реализовать компактные приборы.
В этой работе предлагается метод манипулирования микрочастицами в слоях летучих жидкостей толщиной в сотни микрон, основанный на управлении потоками Марангони путем изменения знака градиента температуры в жидкости локальным действием источника тепла и теплоотвода.
Ученые наглядно продемонстрировали применимость метода для выполнения широкого круга манипуляций с ансамблями частиц: сборка частиц в круговые узоры на подложке при нагреве, перенос частиц от радиатора при охлаждении подложки, создание кольцеобразных узоров за счет изменения знака градиента температуры в процессе сборки частиц.
Результаты исследования показали, что в режиме нагрева частицы собираются в зоне нагрева в виде кругового узора, конечная площадь которого увеличивается с увеличением количества частиц и уменьшается с увеличением толщины слоя. Последнее связано с тем, что частицы, поднимаемые восходящими потоками в толстых слоях, создают плотный многослойный ансамбль.
Отличительная особенность предлагаемого метода — возможность обратимого управления и преобразования картины путем изменения знака температурного градиента в соответствии с любыми требованиями. В этом случае, помимо круглой сборки или очистки поверхности от частиц, можно создать кольцеобразную конфигурацию.
Ученые также отмечают, что установка толщины слоя несущей жидкости позволяет управлять архитектурой конечного узора путем создания одно- или многослойных структур. Возможность манипулировать частицами не только за счет нагрева несущей среды, но и за счет понижения ее температуры открывает большие перспективы для применения предлагаемого метода в биологических исследованиях и медицине, где важно не разрушать термически живые объекты.
Дальнейшие исследования физиков направлены на отработку метода создания структур необходимой морфологии, состоящих из биологических объектов, таких, как живые клетки и бактерии в питательной среде. Ученые ожидают, что этот метод может быть использован в качестве мощного инструмента для создания искусственных биологических тканей органов или инструмента для изучения бактерий. Работа была поддержана грантом Российского фонда фундаментальных исследований.
Telegram 
Дзен 
VK Качественное дошкольное образование закладывает прочный фундамент успехов на долгие годы вперёд — вплоть до выпускного класса. Двадцатилетнее исследование показало, что дети, которые в возрасте четырех лет перед поступлением в школу посещали бесплатные государственные подготовительные классы, учатся существенно лучше сверстников, посещавших обычные детские сады с упором на простой присмотр или оставшихся на домашнем воспитании.
Ученые из МФТИ и Объединенного института ядерных исследований завершили комплексный анализ поведения констант связи Стандартной модели на высоких энергиях. Используя ренормализационную группу, авторы оценили вероятность того, что наш вакуум — физическое состояние, в котором существует все вещество во Вселенной,— рано или поздно «провалится» в более глубокое энергетическое состояние.
Международная исследовательская группа с участием профессора Центра инженерных систем и наук Сколтеха Александра Корсунского впервые в мире провела прямое измерение механических напряжений в зоне контакта между алмазным индентором и сложным наноструктурированным покрытием с разрешением менее 80 нанометров. Используя синхротронную рентгеновскую нанодифракцию на синхротроне ESRF в Гренобле, ученые показали, что многослойное покрытие из керамического ZrN с прослойками аморфного сплава ZrCu на 30% эффективнее рассеивает упругую энергию по сравнению с монолитным аналогом, предотвращая распространение трещин. Результаты дают инженерам прямые количественные критерии для проектирования защитных покрытий нового поколения.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Эксперимент физиков из ЦЕРН позволил рассмотреть поведение глюонов внутри атомных ядер с беспрецедентной точностью. При сверхвысоких плотностях эти элементарные частицы переставали размножаться и начинали объединяться. Это помогло найти подтверждение теории «глюонного насыщения», а не принятого «ядерного затенения» для определенного диапазона сверхвысоких энергий.
Со стороны профессия летчика-испытателя часто выглядит как череда опасных полетов, требующих бесстрашия и способности мгновенно импровизировать. В действительности ее основу составляют методика, дисциплина, технические знания и умение честно рассказать о каждой особенности машины. Его задача — не просто поднять самолет в воздух, но и понять, насколько точно он выполняет команды, предсказуемо ли ведет себя на сложных режимах и какие изменения необходимо внести в конструкцию или систему управления.
Долгое время считалось, что до прихода европейцев тропические леса Амазонии были заселены сравнительно плохо. Однако выяснилось, что плотная растительность скрывает большинство следов древних обществ. С помощью воздушного лазерного сканирования ученые обнаружили сотни неизвестных земляных сооружений и предположили, что около двух тысяч лет назад население юго-западной части Амазонии могло достигать трех миллионов человек.
Американская компания Firebird официально запустила в городе Раздан крупный центр обработки данных и фабрику искусственного интеллекта. На сегодняшний день это самый масштабный технологический хаб подобного уровня в СНГ, а после завершения всех этапов строительства он войдет в пятерку самых мощных вычислительных кластеров в мире.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно