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 Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Современные люди проводят днем неподвижно столько же времени, сколько и охотники-собиратели. Но делают это сидя, а не на корточках, как их предки. Физиология человека не адаптирована к сидению, а физические возможности цивилизованных людей — к длительному пребыванию на корточках. Теперь исследователи рассчитали часть цены, которую мы платим за проблему длительного сидения.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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