Ученые Томского политеха разработали нетоксичные наночастицы c магнитными свойствами для биомедицины
Ученые Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха разработали новые магнитоэлектрические наноструктуры на основе биосовместимых материалов. Это позволяет использовать их в биомедицине, например, для изготовления на их основе композитных материалов для регенеративной медицины, биосенсоров, адресной доставки лекарств. Магнитные и магнитоэлектрические свойства дают возможность управлять соответственно перемещением и поверхностным зарядом наноструктур. Наночастицы могут быть легко модифицированы под конкретные задачи и, в отличие от зарубежных аналогов, не содержат токсичных материалов.
Проект реализуется в рамках мегагранта Минобрнауки России и национального проекта «Наука и университеты». Результаты работы ученых опубликованы в журнале Nano-Micro Small. Разработка наноразмерных структур представляет большой исследовательский интерес для мировой науки. Они имеют потенциал для использования их в качестве неинвазивных хирургических инструментов. Такие наноструктуры приводятся в движение внешним источником — магнитным полем или ультразвуком. В частности, обычные магнитные наночастицы не позволяют осуществлять контролируемое высвобождение лекарства.
Ученые Томского политехнического университета синтезировали новые наночастицы с магнитоэлектрическими свойствами для биомедицинских приложений. Ранее подобные наноразмерные структуры с магнитоэлектрическими свойствами разрабатывались в России только для приложений в электронике. Проект реализуется под руководством директора Международный научно-исследовательский центр «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ИШХБМТ Андрея Холкина. Новые гетероструктуры синтезированы гидротермальным методом. Они созданы по типу «ядро-оболочка», что позволяет получить материал с магнитоэлектрическими свойствами. Для этого исследователи соединили два разных по кристаллической структуре и химическому составу материала.
«Ядро представляет собой магнитострикционный материал — феррит марганца, который во внешнем магнитном поле может растягиваться, сжиматься, скручиваться. Его покрывает оболочка из пьезоматериала — модифицированного титаната бария. Когда мы подаем механическое напряжение на ядро, то есть деформируем материал за счет магнитного поля, деформация переходит на пьезоболочку и возникает электрический потенциал. Под действием внешнего магнитного поля мы можем перераспределять этот поверхностный заряд, то есть менять поляризацию. Создаваемый магнитоэлектрический эффект приводит к высвобождению лекарства, которое содержится на поверхности наноструктуры, по требованию в условиях переменного магнитного поля за счет изменения поляризации», — рассказывает доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха Роман Чернозем.
При модифицировании титаната бария для создания оболочки ученые частично заменили в нем ионы бария ионами кальция, ионы титана — ионами циркония. Это позволило усилить пьезосвойства, что в разы повышает эффективность наноструктур. А замена феррита кобальта, применимого обычно при создании таких гетероструктур, на феррит марганца помогла избежать токсического эффекта. Кроме того, феррит марганца является рентгеноконтрастным веществом: при помощи томографа можно отслеживать его распределение и накопление в организме. Это обуславливает высокую биосовместимость наноразмерных структур. Они способны легко встраиваться в организм пациента и стимулировать реакции клеток и тканей, необходимые для достижения оптимального терапевтического эффекта.
«Многие процессы в организме управляются электрическими биосигналами, в том числе клеточные функции. Когда мы создаем электрический материал, способный обладать такими функциями управления, и используем электрические стимулы пьезоэлектрического эффекта, мы можем «запускать» необходимые химические и биохимические реакции. Например, стимулировать регенерацию костных и нервных тканей или создавать губительный эффект для раковых клеток.
Сейчас мы активно изучаем потенциал наноструктур для разработки на их основе нейростимуляторов для лечения болезней Паркинсона и Альцгеймера. Кроме того, они могут быть эффективны для очистки водоемов от органических загрязнителей. Заряженный материал в воде приводит к генерации активных форм кислорода, которые являются токсичными для органики – бактерий, вирусов, красителей», — отмечает профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Роман Сурменев.
На данном этапе исследования ученые тестируют наноструктуры на биологических моделях и клеточных линиях. Это позволит подобрать оптимальные эксплуатационные параметры, такие как сила магнитного поля и время воздействия, для усиления положительного эффекта воздействия наночастиц и снижения негативного.
Telegram 
Дзен 
VK Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
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.
Последствия цветения водоемов опасны для целых экосистем. Внешний контроль этого процесса нужно проводить аккуратно, чтобы не навредить живым организмам еще больше. Для этого ученым нужно точно понимать, какие процессы происходят под поверхностью воды.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина разработали технологию изменения структуры молекул нефти с помощью энергии кавитационных полей, которые создаются при воздействии ультразвука. Технология позволяет облагораживать нефть, меняя ее физико-химические характеристики и снижая долю нежелательных составляющих веществ. Для проведения полевых испытаний ее реализовали в мобильном исполнении с применением управляемых ультразвуковых полей. Разработанное исследовательское оборудование может применяться на любом месторождении, включая удаленные и труднодоступные.
Группа ученых из МФТИ, Российского квантового центра, ФИАН, МГТУ имени Баумана и НИЯУ МИФИ экспериментально определила длину волны, при которой поляризуемость атома тулия в основном состоянии равна нулю. Лазер с таким излучением практически не взаимодействует с атомами тулия в решетке. Результаты работы могут найти применение в квантовых симуляторах, оптических ловушках и прецизионных измерениях.
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