Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Pierwsze takie połączenie pierwiastków

Recommended Posts

Udało się dokonać wielkiego przełomu na polu materiałoznawstwa w skali nano. Grupa naukowców stworzyła nanocząstki złożone z ośmiu pierwiastków, o których wiadomo, że nie tworzą jednorodnych struktur. Zmieszanie tych pierwiastków i stworzenie z nich homogenicznej nanostruktury zwanej stopem nanocząstki o wysokiej entropii znacząco rozszerza naszą wiedzę o materiałach w skali nano oraz to, co potrafimy z nimi zrobić. Dotychczas udawało się w ten sposób bowiem połączyć najwyżej trzy pierwiastki, które nie mieszają się równo.

Wyobraźmy sobie, że pierwiastki to klocki Lego. Gdy są tylko trzy kolory i rozmiary, to masz bardzo ograniczoną liczbę kombinacji i struktur, jakie możesz stworzyć. My zwiększyliśmy liczbę klocków w pudełku, możemy tworzyć nanomateriały z niemal wszystkim metali i półprzewodników, mówi Liangbing HU, profesor z University of Maryland.

Do stworzenia stopu nanocząstek o wysokiej entropii naukowcy wykorzystali dwustopniową metodę, w skład której wchodziło nagłe ogrzanie i nagłe schłodzenie pierwiastków. Metale, takie jak platyna, nikiel, żelazo, kobalt, miedź czy złoto zostały poddane nagłemu działaniu temperatury niemal 3000 stopni Fahrenheita. Ogrzewano je przez 0,55 sekundy. W ten sposób uzyskano jednorodną mieszaninę, którą schłodzono w tempie ponad 100 000 stopni Fahrenheita na sekundę. Dzięki temu całość została ustabilizowana i powstał jednorodny nanomateriał. To prosta metoda, ale jeszcze nikt nie wykorzystał jej do tworzenia nanocząstek. Dzięki podejściu fizycznemu, a nie chemicznemu, osiągnęliśmy coś wyjątkowego, dodaje Yonggang Yao, doktorand z University of Maryland.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      European XFEL i Narodowe Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) w Otwocku-Świerku pod Warszawą zamierzają ustanowić pierwsze ultraszybkie połączenie komputerowe Niemiec i Polski. Celem przedsięwzięcia jest wykorzystanie Centrum Superkomputerowego CIŚ w NCBJ do przetwarzania i analizy danych generowanych w European XFEL.
      Dedykowane połączenie komputerowe pomiędzy Hamburgiem i NCBJ będzie zapewniało szybkość transferu 100 gigabitów na sekundę (Gbit/s). Z wyjątkiem szybszego połączenia z DESY, to połączenie będzie około 100 razy szybsze niż obecne typowe połączenie internetowe European XFEL z innymi instytutami badawczymi. Dzięki niemu transfer danych dla średniego eksperymentu w obiekcie zajmuje około miesiąca . Dla porównania, szybkie łącza internetowe dla gospodarstw domowych zazwyczaj zapewniają około 250 Mb/s przy pobieraniu danych. Nowe połączenie będzie co najmniej 400 razy szybsze.
      W projekcie instalacji nowego szybkiego połączenia dla przesyłu danych, wraz z European XFEL i NCBJ, wezmą również udział: Niemiecka Krajowa Sieć Badań i Edukacji (DFN), Centrum Superkomputerowo-Sieciowe w Instytucie Chemii Bioorganicznej w Poznaniu (PCSS), Naukowa i Akademicka Sieć Komputerowa (NASK) oraz Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY). Pod koniec maja tego roku partnerzy podpisali protokół ustaleń, który posłuży jako podstawa i punkt wyjścia do ustanowienia nowego szybkiego połączenia. Można je w dużej mierze zbudować na istniejącej infrastrukturze technicznej, ale trzeba będzie dodać pewne szczególne elementy. Na przykład połączenie między niemieckimi i polskimi sieciami badawczymi będzie możliwe dzięki Uniwersytetowi Europejskiemu Viadrina we Frankfurcie nad Odrą i sąsiedniemu polskiemu miastu Słubice.
      Połączenie z NCBJ zapewni dodatkowe zasoby uzupełniające obecne zlokalizowane w Centrum Obliczeniowym DESY, gdzie wszystkie dane eksperymentalne z europejskiego XFEL były dotychczas analizowane i gdzie większość przetwarzania danych będzie nadal wykonywana.
      Dzięki laserowi rentgenowskiemu dostarczającemu do 27 000 impulsów na sekundę, najszybsze detektory urządzenia umożliwiają przechwytywanie do 8000 obrazów w wysokiej rozdzielczości na sekundę. W połączeniu z innymi danymi z lasera rentgenowskiego i jego instrumentów badawczych uzyskuje się ogromny strumień danych, wymagający specjalnego zarządzania i analizy w celu zapewnienia prawidłowego uzyskiwania informacji naukowych. Strumień danych może osiągnąć nawet wielkość 1 petabajta na tydzień w szczytowym czasie działania użytkownika, co odpowiada milionowi gigabajtów (GB). Analiza tych danych stanowi podstawę do określenia trójwymiarowej struktury molekuł, badania niezwykle szybkich procesów za pomocą tak zwanych filmów molekularnych oraz badania nowych i ultraszybkich zjawisk w badaniach materiałowych.
      Robert Feidenhans’l, dyrektor zarządzający European XFEL, powiedział: Współpraca z NCBJ w dziedzinie analizy danych jest przełomowym krokiem w kierunku coraz ściślejszego powiązania badań w Europie. Dodatkowe zasoby obliczeniowe nie tylko zwiększą wydajność, ale również zapewnią większą elastyczność operacyjną, co jest bardzo mile widziane. Musimy zwiększyć wymaganą wydajność obliczeniową dla naszych eksperymentów i cieszymy się, że wspólnie z naszymi partnerami NCBJ i DESY znaleźliśmy znakomite rozwiązanie.
      European XFEL to europejski laser na swobodnych elektronach zbudowany międzynarodowym wysiłkiem w Hamburgu w Niemczech. Narodowe Centrum Badań Jądrowych jest polskim współudziałowcem tej inwestycji. XFEL rozpoczął badania we wrześniu 2017 r. W liczącym ponad 3 km długości tunelu elektrony najpierw rozpędzane są do prędkości bliskiej prędkości światła, a następnie przepuszczane są przez specjalnie ukształtowane pole magnetyczne, co zmusza je do emisji promieniowania elektromagnetycznego o bardzo dobrze kontrolowanych parametrach. Wytworzone w ten sposób wiązki rentgenowskie docierające do hali eksperymentalnej w ultrakrótkich impulsach mogą być wykorzystywane przez fizyków, chemików, biologów i inżynierów do badania materii i procesów w niej zachodzących.
      PolFEL to polski laser na swobodnych elektronach budowany w NCBJ w Świerku na bazie doświadczeń zdobytych przy budowie lasera XFEL w Hamburgu. PolFEL będzie jedynym tego typu urządzeniem w Europie północno-wschodniej. Ze względu na swoją konstrukcję, w tym nadprzewodzące źródło elektronów opracowane przez naukowców ze Świerka, laser będzie oferował możliwości wykonywania badań dotąd niedostępnych na żadnym urządzeniu na świecie.
      Narodowe Centrum Badań Jądrowych jest instytutem działającym na podstawie przepisów ustawy o instytutach badawczych. Ministrem nadzorującym instytut jest minister energii. NCBJ jest największym instytutem badawczym w Polsce zatrudniającym ponad 1100 pracowników, w tym ponad 200 osób ze stopniem naukowym doktora, z czego ponad 60 osób ma status samodzielnych pracowników naukowych. W NCBJ pracuje ponad 200 osób z tytułem zawodowym inżyniera. Główna siedziba instytutu znajduje się w Otwocku w dzielnicy Świerk, gdzie zlokalizowany jest ośrodek jądrowy należący do NCBJ, w tym reaktor badawczy Maria. Instytut prowadzi badania naukowe i prace rozwojowe oraz wdrożeniowe w obszarze powiązanym z szeroko rozumianą fizyką subatomową, fizyką promieniowania, fizyką i technologiami jądrowymi oraz plazmowymi, fizyką materiałową, urządzeniami do akceleracji cząstek oraz detektorami, zastosowaniem tych urządzeń w medycynie i gospodarce oraz badaniami i produkcją radiofarmaceutyków. Instytut posiada najwyższą kategorię A+ przyznaną w wyniku oceny polskich jednostek naukowych dokonanej w 2017 r. Pozycję naukową instytutu wyznacza także liczba publikacji (ok. 500 rocznie) i liczba cytowań mierzona indeksem Hirscha (ponad 140). Są to wartości lokujące NCBJ w pierwszej piątce wśród wszystkich jednostek badawczych i akademickich w Polsce prowadzących porównywalne badania.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nanocząstki stosowane w terapii przeciwnowotworowej mogą... przyspieszać pojawianie się przerzutów. Naukowcy z Narodowego Uniwersytetu Singapuru wykorzystali podczas swoich badań nowotwór piersi jako model. Odkryli, że nanocząstki złota, ditlenku tytanu, srebra i ditlenku krzemu, które są m.in. wykorzystywane w medycynie, poszerzają przestrzenie pomiędzy komórkami naczyń krwionośnych, przez co inne komórki, w tym komórki rakowe, mogą łatwiej wydostać się z naczyń krwionośnych.
      Nowo odkryte zjawisko nazwano indukowaną nanomateriałami nieszczelnością śródbłonkową (NanoEL). Zjawisko to, jak się okazuje, przyspiesza pojawianie się przerzutów i pomaga komórkom nowotworowym obecnym we krwi wydostać się poza układ krwionośny. Niesie to ze sobą dwa groźne skutki. Po pierwsze guzy wtórne pojawiają się wcześniej i szybciej rosną, po drugie komórki nowotworowe trafiają do miejsc wcześniej dla nich niedostępnych.
      Dla pacjenta nowotworowego oznacza to, że w dłuższym terminie wcześniejsza ekspozycja na nanocząstki, a są one obecne zarówno w przetworzonej żywności jak i w kosmetykach oraz zanieczyszczeniach powietrza, może przyspieszyć postępy raka, nawet jeśli pacjentowi temu nie podawano leków z nanocząstkami, mówi współautor badań profesor David Leong.
      Uczony dodaje, że podczas projektowania leków konieczne jest dokonanie oceny interakcji pomiędzy nanocząstkami a systemami biologicznymi w organizmie. Musimy być pewni, że nanocząstki dostarczane pacjentowi w lekach przeciwnowotworowych nie przyspieszą choroby. Jako, że nanomedycyna szybko się rozwija, musimy też zrozumieć, co powoduje, że nanocząstki wywołują ten niespodziewany skutek, dodaje.
      Na szczęście nie mamy tu do czynienia z zerojedynkową sytuacją. Istnienie efektu NanoEL można wykorzystać. Uczeni z Singapuru próbują zaprząc go do opracowania bardziej skutecznych terapii. Na przykład nanocząstki wywołujące NanoEL można by wykorzystać do celowego rozszczelnienia naczyń krwionośnych tak, by leki mogły dotrzeć do miejsc, do których wcześniej nie docierały.
      Badamy obecnie możliwość wykorzystania NanoEL do niszczenia niedojrzałych guzów nowotworowych tam, gdzie dotychczas nie było możliwe dostarczanie leków, gdyż obecne w tych miejscach naczynia krwionośne były całkowicie szczelne. Musimy tutaj bardzo precyzyjne dobrać czas, w którym guz jest wystawiony na działanie nanocząstek. Dzięki temu można by zaatakować źródło choroby jeszcze zanim guz urośnie, zacznie się rozprzestrzeniać i stanie się dużym problemem, stwierdza Leong.
      Jak zauważa inny, badacz, profesor Ho Han Kiat, zjawisko to można wykorzystać też tam, gdzie brak przesączalności naczyń krwionośnych jest problemem. Na przykład w marskości wątroby mamy do czynienia z dużą ilością blizn, przez co występuje brak przeciekania, przez co składniki odżywcze nie wydostają się z naczyń krwionośnych. Badamy właśnie możliwość wykorzystania NanoEL do przywrócenia wymaganego przepływu krwi w tkance bliznowatej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Politechniki Krakowskiej pracują nad inteligentnymi nośnikami leków, które pozwolą na skuteczniejszą walkę z chorobami nowotworowymi. Nanocząstki tlenkowe na bazie tlenków cynku i tytanu pozwolą celnie atakować nowotwór lekiem bez uszkadzania zdrowych tkanek i narządów. W wielu stosowanych dziś terapiach onkologicznych skutki uboczne podawania środków farmakologicznych są jednym z najpoważniejszych wyzwań dla lekarzy i chorych.
      W terapiach celowanych raka stosuje się od dawna nośniki leków, bo mają wiele zalet, takich jak m.in. obniżenie toksyczności czystego leku, zwiększenie jego stabilności, rozpuszczalności i biodostępności.  Obecnie w medycynie najczęściej używa się jednak nośników na bazie polimerów syntetycznych, polimerów naturalnych, miceli fosfolipidowych czy nanocząstek metalicznych i tlenkowych, które mają szereg ograniczeń. Są toksyczne, nieodporne mechanicznie, mogą magazynować się w zdrowych tkankach lub są zbyt szybko usuwane z organizmu przez układ odpornościowy człowieka. Na Politechnice Krakowskiej pracujemy nad nowymi materiałami, które pozwolą na pokonanie tych ograniczeń – mówi dr inż. Jolanta Pulit-Prociak z Wydziału Inżynierii i Technologii Chemicznej PK. Pod jej kierunkiem, zespół naukowców z Politechniki, wspierany przez badaczy z UR i UJ, opracowuje  technologię otrzymywania nietoksycznych nośników substancji aktywnych na bazie tlenków cynku i tytanu. – W nowych nośnikach leków toksyczność zostanie wyeliminowana lub w znaczącym stopniu ograniczona, będą one mogły dotrzeć do konkretnej tkanki nowotworowej, charakteryzować je też będzie zwiększona biodostępność i korzystny profil uwalniania leku, dzięki któremu będzie on lepiej przez pacjenta tolerowany.
      Jak wyjaśnia badaczka z PK, stosowanie tlenków metalicznych w medycynie onkologicznej ma niebagatelne znaczenie, gdyż, w porównaniu do związków polimerowych, są one bardziej odporne na warunki, które spotykają w organizmie człowieka – ciepło, zmiany pH, stres mechaniczny i degradację hydrolityczną (rozpad w wyniku reakcji z wodą). Dzięki temu nanometryczne tlenki metaliczne można wykorzystać jako bardziej efektywne i precyzyjne nośniki substancji farmakologicznych niż dotąd stosowane w medycynie. Naszym celem jest wytworzenie innowacyjnych nośników substancji leczniczych na bazie nanostrukturalnych tlenków metalicznych, których właściwości pozwalałyby na bezpieczne stosowanie w organizmach żywych. Zakładamy, że uzyskamy innowacyjny materiał poprzez przyłączanie do nanonośnika czynników zabezpieczających przed uwalnianiem jonów metalicznych, które są odpowiedzialne za toksyczną aktywność. Co ważne, chcemy opracować nanonośniki o średnim rozmiarze cząstek mieszczącym się w zakresie 50–800 nm. To skutecznie zabezpieczy pacjenta przed przedostaniem się leku, transportowanego przez nośnik, do zdrowych tkanek.
      Jednym z istotnych zagadnień w badaniach jest też analiza stabilności połączeń wytworzonych pomiędzy nośnikiem a lekiem. Potwierdzenie ograniczenia lub zahamowania niepożądanych właściwości nośnika będzie stanowić podstawę do wykorzystania naszego wynalazku do produkcji specyficznej postaci leków do pasywnych terapii nowotworowych – wyjaśnia dr inż. Pulit-Prociak. W takich terapiach wykorzystuje się anatomiczne i fizjologiczne właściwości guza nowotworowego, który charakteryzuje się zwiększoną przepuszczalnością naczyniową (nieszczelną siecią naczyń krwionośnych).
      Naukowcy ustalili, iż średnica szczelin w tkance nowotworowej wynosi od 100 do 800 nm, podczas, gdy w zdrowych tkankach jedynie 2–6 nm. Średni rozmiar większości leków przeciwnowotworowych jest niewielki i nie przekracza 10 nm. Stosowanie ich w samodzielnej postaci powodowałoby ich przenikanie do tkanek zdrowych i chorych w równym stopniu. Połączenie ich z nanonośnikami, których średni rozmiar mieści się w zakresie 50–800 nm, znacząco ograniczy lub wręcz wyeliminuje wnikanie substancji leczniczych w strukturę zdrowych tkanek.
      Zakończenie prac nad projektem Opracowanie sposobu wytwarzania nietoksycznych nośników substancji czynnych na bazie nanomateriałów planowane jest na grudzień 2021 r. Technologię opracowaną w rezultacie projektu będą mogły wykorzystać firmy farmaceutyczne produkujące leki lub substancje pomocnicze, ale najważniejszym beneficjentem naszych badań jest pacjent onkologiczny. Nowe nośniki leków będą chroniły chorego przed niepożądanymi skutkami terapii celowanej i czyniły ją mniej uciążliwą – podkreśla dr inż. Jolanta Pulit-Prociak.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy zwykle sądzą, że łączenie więcej niż dwóch leków w celu zwalczania bakterii nie jest wskazane. Rozpowszechniona teoria mówi, że połączenie więcej niż trzech leków nie da tak dużych korzyści, by takie działanie miało sens lub też, że interakcje pomiędzy lekami będą na tyle duże, że zniweczą wszelkie korzyści z połączenia.
      Tymczasem naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (UCLA) znaleźli tysiące kombinacji czterech i pięciu antybiotyków, które po połączeniu są znacznie bardziej efektywne niż przewidują teorie. Odkrycie to może być ważnym krokiem w kierunku walki z bakteriami, szczególnie istotnym w czasach, gdy powszechnie rośnie antybiotykooporność.
      Tradycyjnie używa się jednego leku, może dwóch. My oferujemy bardzo obiecującą alternatywę. Nie powinniśmy ograniczać się do jednego czy dwóch antybiotyków. Sądzimy, że co najmniej kilkanaście z odkrytych przez nas połączeń będzie działało znacznie lepiej niż istniejące antybiotyki, mówi profesor ekologii i biologii ewolucyjnej Pamela Yeh z UCLA.
      Naukowcy, którzy pracowali z ośmioma antybiotykami, stworzyli wszystkie możliwe połączenia czterech i pięciu leków w różnych dawkach. Otrzymali 18 278 kombinacji, które testowali przeciwko E. coli. Wśród połączeń czterech leków było 1676 takich, które dały lepsze wyniki niż spodziewane, wśród połączeń 5 leków aż 6443 było bardziej efektywnych niż oczekiwane.
      Byłem całkowicie zaskoczony tym, jak bardzo wzrosła liczba skutecznych połączeń, gdy zwiększyliśmy liczbę lekarstw. Wielu specjalistów uważa, że wiedzą, w jaki sposób dochodzi do interakcji pomiędzy lekami. Jednak tak naprawdę nie wiedzą tego, mówi profesor Van Savage.
      Część z badanych połączeń była bardziej efektywna, gdyż wchodzące w ich skład leki w różny sposób atakują E. coli. Osiem wspomnianych antybiotyków wykorzystywało sześć różnych metod zwalczania bakterii. Niektóre leki atakują ścianę komórkową, inne DNA. To jak atakowanie zamku. Połączenie różnych metod może być bardziej skuteczne niż jeden sposób, dodaje uczony.
      W obliczu rosnącej antybiotykooporności i realnego zagrożenia, że sytuacja powróci do tej sprzed epoki antybiotyków, wykorzystanie skutecznych połączeń leków jest bardzo potrzebne. Te badania przyspieszą testy na ludziach, stwierdził Michael Kurilla, szef Division of Clinical Innovation w Narodowych Instytutach Zdrowia.
      Autorzy wspomnianych badań tworzą właśnie otwartoźródłowe oprogramowanie, które pozwoli innym grupom badaczy prowadzić podobne analizy i udostępniać wyniki.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy ze Stanford University wykorzystali namagnetyzowany przewód do przechwycenia komórek nowotworowych swobodnie poruszających się w krwi chorego. Technika ta może wkrótce posłużyć do wczesnej diagnozy nowotworów.
      Najpierw do układu krwionośnego wprowadza się namagnetyzowane nanocząstki, które przygotowano tak, by przyczepiały się do komórek nowotworowych. Po wprowadzeniu do żyły przewód wyłapuje te nanocząstki z przyczepionymi doń komórkami.
      Technika, którą przetestowano dotychczas na świniach, pozwala na wychwycenia od 10 do 80 razy więcej komórek nowotworowych niż inne techniki wykrywania nowotworów we krwi. To czyni ją potencjalnie bardzo użytecznym narzędziem do wczesnej diagnostyki. Może być ona wykorzystana również do oceny skuteczności terapii antynowotworowej. Jeśli terapia taka będzie skuteczna, we krwi powinno pojawić się więcej komórek, co jest spowodowane obumieraniem guza i odrywaniem się od niego komórek, następnie, po skurczeniu się guza, liczba komórek we krwi powinna się zmniejszyć.
      Naukowcy skupiają się na wykorzystaniu przewodu w nowotworach, jednak przyznają, że może on mieć znacznie szersze zastosowanie. Można go użyć w każdej innej chorobie, w przebiegu której we krwi pojawiają się charakterystyczne dla niej molekuły czy komórki. Wyobraźmy sobie, że badamy pacjenta pod kątem infekcji bakteryjnej, krążącego resztkowego DNA nowotworowego czy komórek odpowiedzialnych za stany zapalne. W każdym z tych przypadków przewód oraz nanocząstki pomogą wzmocnić sygnał i tym samym wykryć chorobę, mówi profesor Sanjiv Gambhir, główny autor badań.
      Nowa technika wykrywania komórek nowotworowych we krwi może okazać się bardzo użytecznym narzędziem. Teoretycznie do wykrycia nieprawidłowych komórek wystarczyłoby pobranie krwi i jej zbadanie pod mikroskopem. Problem jednak w tym, że w wielu przypadkach we krwi znajduje się bardzo mało komórek nowotworowych, pobierając więc krew możemy nie pobrać żadnej z nich. Przewód i namagnetyzowane nanocząstki powinny poradzić sobie z tym problemem. Niewielki przewód można umieścić w ciele pacjenta na dłuższy czas, co znakomicie zwiększa szansę, że przyczepią się do niego nanocząstki z dołączonymi do nich komórkami.
      Naukowcy nie starali się jeszcze o zgodę na przeprowadzenie testów swojej technologii na ludziach. Podczas badań na świniach przewód był wprowadzany do żyły w pobliżu ucha świni. Żyła ta jest podobna do żyły na ludzkim ramieniu. I to właśnie tam naukowcy mają zamiar umieszczać swój przewód.
      Wstępne wyniki badań są bardzo obiecujące. Wykazały one bowiem, że przewód, w porównaniu do 5-mililitrowej próbki krwi pobranej za pomocą strzykawki, przyciąga nawet 80-krotnie więcej komórek nowotworowych. Jego maksymalna skuteczność jest więc taka, jak skuteczność pobrania i przebadania 80 próbek krwi. A wszystko to w zaledwie 20 minut.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...