Как ИИ изменит нашу жизнь — в специальном проекте Naked Science!
Перейти
  • Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
12 октября
ТюмГУ
267

Российские ученые предложили метод манипулирования частицами, который поможет создавать искусственные биологические ткани

4.9

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.

Российские ученые предложили метод манипулирования частицами, который поможет создавать искусственные биологические ткани / ©Getty images

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.  

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Тюменский государственный университет (ТюмГУ) — первый университет Тюменской области, был открыт в 1930 году. Готовит специалистов по 175 направлениям подготовки. Университет входит в число участников Проекта 5-100 — программы повышения международной конкурентоспособности российских вузов среди ведущих мировых научно-образовательных центров.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
11 часов назад
Александр Березин

Глава Daimler Мартин Даум и Билл Гейтс в разное время, но вполне единодушно отмечали, что законы физики делают грузовую фуру — ключевой элемент современных перевозок — несовместимой с чистой электротягой. Многотонная батарея отнимает слишком много пространства и веса у коммерческого груза, поэтому проекты Tesla Semi Дауму и Гейтсу представлялись «непрактичными». А теперь Илон Маск наконец начал поставки этого грузовика — и просачивающиеся данные о его реальной массе показывают, что Гейтс и Даум ошибались. Как Маску удалось то, что все в один голос считали настолько невозможным, что никто даже не попытался составить ему конкуренцию? И почему это изменит мир вокруг нас?

3 декабря
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

Сегодня, 09:22
Василий Парфенов

Аббревиатура ЖКХ хорошо знакома каждому россиянину. За ней скрывается целый спектр привычных образов. При этом цифровизация и применение искусственного интеллекта в этом контексте вспоминаются далеко не первыми. Сфера коммунальных услуг не чужда высоким технологиям, просто они не всегда заметны пользователю. Naked Science рассказывает, как искусственный интеллект, большие данные, нейросети и машинное обучение делают городскую инфраструктуру надежнее и эффективнее.

2 декабря
Алиса Гаджиева

Серию секретных рисунков и надписей, добавленных таинственной женщиной-переписчицей, обнаружили в рукописи возрастом более 1200 лет.

2 декабря
Анна Новиковская

Найти лекарство от старости — заветная мечта человечества, но вполне может оказаться, что для мужчин и для женщин их придется разрабатывать по отдельности. Во всяком случае, один из самых многообещающих антивозрастных препаратов, рапамицин, по-разному воздействовал на самцов и самок дрозофил, продлив жизнь одним и не повлияв на других.

3 декабря
Василий Парфенов

На «Заводе 42» компании Northrop Grumman в Палмдейле, штат Калифорния, прошла торжественная церемония выкатки новейшего стратегического бомбардировщика B-21 Raider. Малозаметный самолет должен в ближайшем будущем частично заменить устаревающий парк Rockwell B-1 Lancer и Northrop Grumman B-2 Spirit, и даже взять на себя ряд задач, которые выполняют совсем уж «старички» Boeing B-52 Stratofortress.

19 ноября
Анна Новиковская

В последний раз черношейного фазанового голубя видели еще в 1882 году, и с тех пор ученые не знали, живет ли еще в лесах острова Фергуссон эта красивая птица. Теперь, наконец, им повезло: одна из камер запечатлела представителя редчайшего подвида фазановых голубей.

24 ноября
Редакция

Режиссер Илай Сасик (Eli Sasich), вдохновившись классическими научно-фантастическими фильмами «Чужой» и «Бегущий по лезвию», несколько лет назад снял короткометражный фильм «Атропа», который стоит посмотреть, если вы интересуетесь наукой и космическими технологиями.

24 ноября
Анна Новиковская

В то время как основные мировые языки со временем упрощают письменность, существует одно яркое исключение: китайский язык. За свою историю, насчитывающую три тысячелетия, его система письма становилась только сложнее и до сих пор остается крайне сложной для изучения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: