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

Robotyczna nić pozwoli na zdalne leczenie udarów

Recommended Posts

Na MIT powstał sterowany za pomocą pola magnetycznego robot podobny do nici, który może przemieszczać się w wąskich poskręcanych naczyniach krwionośnych, np. w naczyniach w mózgu. W przyszłości tego typu roboty, po połączeniu z innymi dostępnymi technologiami, mogą zostać użyte do szybkiego leczenia zatorów cy uszkodzeń w mózgu.

Udar mózgu jest obecnie piątą przyczyną śmierci i główną przyczyną niepełnosprawności w USA. Jeśli leczenie ostrego udaru rozpocznie się w ciągu pierwszych 90 minut, to szanse pacjenta na przeżycie znacząco rosną, mówi profesor Xuanhe Zhao. Jeśli mielibyśmy urządzenie, które pozwoliłoby na usunięcie zatoru w ciągu tej „złotej godziny”, moglibyśmy potencjalnie uniknąć uszkodzenia mózgu. Z taką właśnie nadzieją pracujemy.

Obecnie w celu usunięcia zatoru w mózgu zwykle przeprowadza się procedurę polegającą na wprowadzeniu do tętnicy udowej cewnika, który dociera do mózgu. Później wykorzystywany jest jeszcze stent, za pomocą którego usuwa się skrzep.

To długotrwała procedura, wymagająca obecności specjalnie przeszkolonego chirurga, który ponadto otrzymuje podczas niej dawkę promieniowania, służącego do obrazowania przebiegu operacji. To wymagający zabieg. Nie ma wystarczająco dużo chirurgów, którzy potrafią go wykonać. Szczególnie na terenach podmiejskich i wiejskich, mówi Yoonho Kim, jeden z autorów badań. Procedura wymaga ręcznego sterowania narzędziami, które wykonane są z metalu pokrytego polimerem. Ten z kolei może uszkadzać wyściółkę naczyń krwionośnych.

Zespół z MIT postanowił pójść inną drogą. Naukowcy przez ostatnie lata pogłębiali swoją wiedzę na temat hydrożeli oraz produkowanych technologią druku 3D materiałach sterowanych za pomocą pola magnetycznego. Teraz połączyli swoją wiedzę i stworzyli sterowaną magnetycznie pokrytą hydrożelem nić, którą podczas testów przeprowadzili przez dokładny model 1:1 naczyń krwionośnych mózgu.

Rdzeń robotycznej nici jest wykonany z nitinolu, czyli stopu niklu i tytanu. To materiał jednocześnie giętki i sprężysty. Został on pokryty specjalnym tuszem połączonym z nitinolem za pomocą cząstek magnetycznych, a całość pokryto hydrożelem, materiałem, który jest biokompatybilny, gładki, nie uszkadza naczyń krwionośnych i nie wpływa na reakcję leżących pod nim cząstek magnetycznych. Następnie za pomocą dużego magnesu wykazali, że są w stanie precyzyjnie sterować urządzeniem.
Stworzyli też silikonowy model naczyń krwionośnych mózgu, który wypełnili płynem o podobnej lepkości co krew, a następnie przeprowadzili swoją robotyczną nić przez naczynia.

Kim mówi, że ich nić można wyposażyć w różnego typu funkcje. Może ona np. dostarczać do miejsca zatoru leki rozpuszczające zakrzep czy rozbijać go za pomocą lasera. Na potrzeby badań uczeni zastąpili nitinol światłowodem i wykazali, że są taki robot również może dotrzeć do miejsca zakrzepu, a oni są w stanie aktywować laser na żądanie.

Przeprowadzono też porównanie robotycznej nici pokrytej i niepokrytej hydrożelem. Okazało się, że żel ułatwiał przemieszczanie się i zapobiegał utknięciu nici w wąskich naczyniach.

Jednym z wyzwań chirurgii jest nawigowanie przez złożoną sieć naczyń krwionośnych mózgu, które mogą mieć taką średnicę, iż dostępne cewniki nie są w stanie tam dotrzeć. Te badania dają nadzieję na rozwiązanie tego problemu i przeprowadzenie operacji bez konieczności otwierania czaszki, mówi profesor Kyujin Cho, z Narodowego Uniwersytetu Seulskiego.

Kolejna dobra wiadomość jest taka, że skoro chirurg nie musi fizycznie popychać cewnika, gdyż nić jest sterowana za pomocą pola magnetycznego, nie musi on przebywać w sąsiedztwie źródła promieniowania wykorzystywanego do obrazowania przebiegu operacji. Już istniejące rozwiązania pozwalają na jednoczesne zastosowanie pola magnetycznego i fluoroskopii, więc lekarz może przebywać w innym pomieszczeniu, a nawet w innym mieście, kontrolując pole magnetyczne za pomocą dżojstika. Mamy nadzieję, że w kolejnym etapie badań będziemy mogli przetestować naszą technologię in vivo, cieszy się Kim.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Przydałby się w Polsce taki MIT. Co krok słyszy się o ich wynalazkach. Może AGH stanie w szranki? Jak uważasz co musiałoby mieć miejsce żeby Polska uczelnia mogła w ten sposób działać?

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
      Badania prowadzone przez naukowców z Kanady sugerują, że rozwój glejaka wielopostaciowego – niezwykle agresywnego i śmiertelnego nowotworu mózgu – może być powiązany z procesem zdrowienia mózgu. Uraz, udar czy infekcja mogą napędzać nowotwór, gdy nowe komórki, mające zastąpić te zniszczone w czasie urazu, ulegną mutacjom. Odkrycie może doprowadzić do rozwoju nowych technik walki z glejakiem, jednym z najtrudniejszych w leczeniu nowotworów mózgu u dorosłych.
      Zdobyte przez nas dane wskazują, że odpowiednie mutacje w konkretnych komórkach mózgu mogą mieć swoją przyczynę w urazie i prowadzić do rozwoju nowotworu, mówi doktor Peter Dirks, ordynator oddziału neurochirurgii w Hospital for Sick Children (SickKids). W badaniach brali też udział naukowcy z University of Toronto oraz Princess Margaret Cancer Centre.
      Glejak może być postrzegany jako rana, która nigdy się nie goi. Jesteśmy podekscytowani naszym odkryciem, gdyż mówi nam ono, w jaki sposób nowotwór się zaczyna i jak rośnie. To zaś pozwala nam myśleć o nowych sposobach leczenia skoncentrowanych na ranie i odpowiedzi zapalnej, dodaje Dirks.
      Obecnie istnieją bardzo ograniczone możliwości leczenia glejaka, a pacjenci żyją średnio zaledwie 15 miesięcy od postawienia diagnozy. Niepowodzenie w leczeniu ma swoje korzenie w dużej różnorodności zarówno pomiędzy guzami, jak i pacjentami. Glejaki zawierają wiele różnych typów komórek, w tym rzadkie komórki macierzyste glejaka (GSC), które napędzają wzrost guza, wyjaśnia Dirks.
      Zespół Dirksa już wcześniej wykazał, że GSC zapoczątkowują glejaka i jego wznowę po leczeniu. Dlatego też postanowili bliżej przyjrzeć się tym komórkom. Wykorzystali w tym celu najnowsze techniki sekwencjonowania RNA oraz maszynowego uczenia się. Stworzyli na tej podstawie molekularną mapę GSC pobranych z guzów 26 pacjentów.
      Uzyskane wyniki potwierdziły istnienie olbrzymiego zróżnicowania, co wskazuje, że każdy z guzów zawiera wiele podtypów molekularnie zróżnicowanych GSC. To powoduje, że po leczeniu guz prawdopodobnie powróci, gdyż stosowane terapie nie są w stanie zabić wszystkich tych podtypów komórek. Naszym celem jest znalezienie leku, który zabije wszystkie rodzaje komórek macierzystych glejaka. By jednak tego dokonać musimy najpierw zrozumieć budowę molekularną tych komórek, mówi profesor Gary Bader z University of Toronto.
      Co interesujące, znaleziono liczne podtypy GSC, których budowa molekularna wskazywała na związki ze stanem zapalnym. To wskazywało, że przynajmniej niektóre glejaki rozpoczynają się w wyniku naturalnego procesu leczenia po urazie. Dirks mówi, że do takich mutacji rozpoczynających glejaka może dochodzić na wiele lat przed pojawieniem się choroby. Niewykluczone, że gdy w procesie leczenia mózgu po urazie pojawia się zmutowana komórka, nie może przestać się ona dzielić, gdyż nie działają jej mechanizmy kontrolne i w wyniku tego procesu dochodzi do rozwoju guza.
      Gdy uczeni jeszcze bliżej przyjrzeli się komórkom, okazało się, że każdy guz znajduje się w jednym z dwóch stanów molekularnych – roboczo nazwanych „rozwojowym” i „odpowiedzią na uraz” – lub gdzieś na gradiencie pomiędzy nimi. Stan „rozwojowy” to znak rozpoznawczy komórek macierzystych i przypomina stan, w którym komórki macierzyste mózgu bardzo szybko się dzielą przed urodzeniem. Drugi ze stanów był zaś dla naukowców niespodzianką. Nazwali go oni „odpowiedzią na uraz”, gdyż ma tam miejsce zwiększenie ekspresji szlaków immunologicznych i markerów zapalnych, takich jak interferon i TNFalfa. To wskaźniki toczącego się procesu zdrowienia. Zjawiska te udało się zauważyć dopiero teraz, dzięki nowoczesnym technikom sekwencjonowania RNA pojedynczych komórek.
      Dalsze eksperymenty pokazały, że oba te stany są wrażliwe na różne typy usunięcia genów. Ujawniono w ten sposób potencjalne metody leczenia, które dotychczas nie były brane pod uwagę przy glejaku. Badania pokazały też, że względny stosunek obu stanów jest cechą indywidualną każdego guza. Komórki każdego z nich mogą znajdować się w różnym miejscu na osi pomiędzy stanem „rozwojowym” a „odpowiedzią na uraz”. Podczas gdy GSC każdego pacjenta składają się z różnych populacji, wszystkie one znajdują się na jedne biologicznej osi pomiędzy dwoma stanami definiowanymi przez procesy neurorozwoju i zapalne, stwierdzają autorzy badań.
      Teraz Kanadyjczycy zastanawiają się nad metodami leczenia. Odkryta przez nas heterogeniczność komórek macierzystych wskazuje, że trzeba opracować terapie biorące na cel jednocześnie procesy rozwojowe i zapalne. Szukamy leków, które działają w różnych miejscach osi między oboma stanami. Istnieje tutaj potrzeba rozwoju zindywidualizowanego podejścia do pacjenta. Trzeba będzie wykonać badania guza na poziomie pojedynczej komórki i na tej podstawie przygotować koktajl leków, który w tym samym momencie będzie działał na różne podtypy komórek macierzystych, stwierdza doktor Trevor Pugh z Princess Margaret Cancer Centre.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badacze z amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia (NIH) donoszą, że skutkiem ubocznym COVID-19 może być uszkodzenie mózgu. Do takich wniosków doszli naukowcy, którzy zbadali mózgi zmarłych na COVID-19. W tkance 19 osób, które zmarły wkrótce po zarażeniu znaleźli ślady uszkodzeń spowodowanych zmniejszeniem grubości i przeciekaniem naczyń krwionośnych mózgu.
      Z wcześniejszych badań wynika, że wirus SARS-CoV-2 może zarówno uszkadzać barierę krew-mózg jak i przedostawać się do mózgu. Dlatego też naukowcy chcieli sprawdzić, jak COVID-19 wpływa na mózg. Okazało się jednak, że w uszkodzonej tkance nie znaleziono śladów samego wirusa, co wskazuje, że przyczyną uszkodzeń nie był jego bezpośredni atak na mózg.
      Stwierdziliśmy, że mózgi pacjentów zarażonych SARS-CoV-2 mogą być podatne na mikrouszkodzenia naczyń krwionośnych. Wyniki naszych badań sugerują, że mogą być one powodowane przez sam organizm, który na obecność wirusa reaguje stanem zapalnym, mówi jeden z autorów badań doktor Avindra Nath, dyrektor ds. klinicznych w Narodowym Instytucie Zaburzeń Neurologicznych i Udaru (NINDS). Mamy nadzieję, że badania te pomogą lepiej zrozumieć pełne spektrum problemów, z którymi borykają się pacjenci i pozwolą opracować lepsze metody leczenia.
      COVID-19 to przede wszystkim choroba układu oddechowego. Jednak pacjenci często doświadczają objawów neurologicznych, takich jak bóle głowy, utrata węchu, smaku, zmęczenie czy problemy poznawcze. Mogą też pojawiać się udary i inne stany patologiczne.
      Już wcześniejsze badania wykazały, że choroba może powodować stany zapalne i uszkodzenia naczyń krwionośnych. Specjaliści wciąż jednak próbują zrozumieć, jak wpływa ona na mózg.
      Nath i jego koledzy zbadali tkankę mózgową 19 osób, które zmarły pomiędzy marcem a lipcem 2020 roku w ciągu od kilku godzin po dwa miesiące od pojawienia się u nich pierwszych objawów COVID-19.Wiek pacjentów wahał się od 5 do 73 lat. U wielu z nich występował jeden lub więcej czynnik ryzyka, taki jak otyłość, cukrzyca czy choroba układu krążenia. Osiem osób zmarło w domach lub w miejscach publicznych, kolejnych trzech nagle przewróciło się i zmarło.
      Naukowcy rozpoczęli badania od obrazowania tkanki mózgowej za pomocą potężnego skanera do rezonansu magnetycznego (MRI), który jest od 4 do 10 razy bardziej czuły niż standardowe skanery MRI. Specjaliści sprawdzali próbki opuszek węchowych oraz pnia mózgu każdego z pacjentów. Wybrano te obszary, gdyż przypuszcza się, że są one szczególnie wrażliwe na COVID-19. Opuszki węchowe kontrolują zmysł węchu, a pień mózgu odpowiada za kontrolę oddychania i akcji serca.
      Skany ujawniły, że w obu miejscach występują liczne jasne punkty podwyższenia sygnału, wskazujące na stan zapalny, oraz ciemne punkty obniżenia sygnału, wskazujące na krwawienie. Gdy dzięki MRI zidentyfikowano problematyczne miejsca, zostały one poddane szczegółowym padaniom pod mikroskopem.
      Naukowcy stwierdzili, że miejsca podwyższenia sygnału zawierają ściany naczyń, które były cieńsze niż normalnie i czasem wyciekały z nich do mózgu białka krwi, takie jak fibrynogen. Wydaje się, że to powodowało reakcję zapalną. Punkty takie były bowiem otoczone limfocytami T z krwi oraz komórkami mikrogleju, który bierze udział w odpowiedzi immunologicznej mózgu. Z kolei tam, gdzie na MRI występowały ciemne obszary znajdowała się zakrzepła krew, nieszczelne naczynia krwionośne, ale nie było komórek odpornościowych.
      Byliśmy całkowicie zaskoczeni. Spodziewaliśmy się uszkodzeń spowodowanych niedotlenieniem. Tymczasem zobaczyliśmy wieloogniskowe uszkodzenia typowe dla udarów i chorób neurozapalnych.
      Uczeni wykorzystali też liczne metody wykrywania w tkance obecności materiału genetycznego i białek wirusa SARS-CoV-2, jednak okazało się, że wirusa w tkance nie było.
      Jak dotąd wydaje się, że zaobserwowane uszkodzenia nie zostały spowodowane bezpośrednim zainfekowaniem mózgu przez wirusa. W kolejnym etapie badań chcemy sprawdzić, jak COVID-19 uszkadza naczynia krwionośne mózgu i czy powoduje to obserwowane u pacjentów krótko- i długoterminowe objawy neurologiczne, mówi doktor Nath.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wśród ludzi młodych niepokojąco wzrasta liczba udarów mózgu – alarmują eksperci w ramach ogólnopolskiej kampanii #MłodziPoUdarze. W Polsce udary zajmują trzecie miejsce pod względem ogólnej śmiertelności oraz stanowią pierwszą przyczynę trwałej niepełnosprawności wśród osób po 40. roku życia. Coraz częściej występują jednak również u osób młodych, w wieku dwudziestu i trzydziestu kilku lat.
      W ramach kampanii edukacyjnej #MłodziPoUdarze, realizowanej przez Stowarzyszenie Udarowcy – Liczy się Wsparcie, eksperci zwracają uwagę, że nigdy nie należy bagatelizować objawów udaru mózgu, nawet u osób młodych. Szybkie rozpoznanie udaru i wezwanie pomocy decyduje o powodzeniu leczenia, co ma szczególne znacznie u ludzi młodych.
      Z danych przedstawionych w ramach kampanii wynika, że błyskawiczna pomoc i leczenie w specjalistycznej placówce aż czterokrotnie zwiększa szanse pacjenta na przeżycie udaru mózgu i późniejsze normalne funkcjonowanie. W takich placówkach chory powinien mieć zapewnioną kompleksową opiekę medyczną, realizowaną przez zespół neurologów, fizjoterapeutów, pielęgniarki oraz logopedów.
      Każdy z nas powinien umieć rozpoznać podstawowe objawy udaru, a także wiedzieć, jak zareagować, jeśli zaobserwujemy takie objawy u siebie lub u swoich bliskich – przekonuje w informacji przesłanej PAP prof. Mariusz Baumgart z Wydziału Lekarskiego Collegium Medicum Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Bydgoszczy.
      Objawy udaru można zapamiętać, wykorzystując chociażby akronim słowa UDAR: U – utrudniona mowa, D – dłoń/ręka opadająca, A – asymetria ust, R – reaguj natychmiast! Dzwoń pod 999 lub 112.
      Prezes-elekt Polskiego Towarzystwa Neurologicznego, prof. Konrad Rejdaka, wyjaśniał podczas webinarium dla dziennikarzy, że udar mózgu to ogniskowe uszkodzenie mózgu, wywołane zatkaniem światła naczyń lub ich pęknięciem, którego skutkiem jest nagły deficyt neurologiczny. Skutkiem tego mogą być niedowłady prawej lub lewej strony ciała, a nawet porażenie, a także zaburzenie mowy, utrata zdolności wypowiadania sensownych treści i ich rozumienia. Zdarzają się zaburzenia przytomności, gdy dojdzie np. do uszkodzenia pnia mózgu, albo naprzemienne niedowłady prawej i lewej strony ciała.
      Według organizatorów kampanii #MłodziPoUdarze, szybkość rozpoznania pierwszych objawów i natychmiastowe udzielenie pomocy medycznej może znacząco ograniczyć uszkodzenia układu nerwowego i zakres niepełnosprawności dotkniętych udarem mózgu osób.
      Ważne jest też wczesne wdrożenie fizjoterapii po udarze, jeszcze w szpitalu, kiedy tylko jest to już możliwe. Rehabilitacja zwiększa szanse odzyskania sprawności i powrotu do aktywnego życia zawodowego i społecznego.
      Udarom mózgu można też zapobiegać. Trzeba przede wszystkim leczyć nadciśnienie tętnicze krwi, zaburzenia rytmu serca, zmniejszyć spożycie alkoholu i pozbyć się nałogu palenia tytoniu. Są to najczęściej występujące czynniki ryzyka udaru, ale też innych chorób sercowo-naczyniowych, zwiększających ryzyko zachorowania na udar mózgu.
      Wiele zależy od nas samych. Prawie 90 proc. wszystkich czynników ryzyka jest modyfikowalnych, czyli takich, na którą mamy realny wpływ. Właściwy styl życia, który niweluje ryzyko udaru mózgu, w dużej mierze bazuje na prawidłowej diecie, aktywności fizycznej, zaniechaniu używek, a także regularnym wysypianiu się – przekonuje Prezes Stowarzyszenia Udarowcy – Liczy się Wsparcie dr Sebastian Szyper.
      Specjalista podkreśla, że wzrost liczby udarów mózgu wśród ludzi młodych jest szczególnie niepokojący. W dobie pandemii niezwykle ważne jest, aby szukać zarówno szybkiej pomocy lekarskiej, jak i dostępu do wczesnej rehabilitacji po udarze mózgu - dodaje dr Sebastian Szyper.
      Do udaru mózgu co roku dochodzi u prawie 90 tys. Polaków, spośród których 30 tys. umiera w ciągu pierwszego miesiąca od zachorowania, z kolei pacjenci, którzy przeżyli, są często niepełnosprawni; 85 proc. wszystkich udarów mózgu stanowią udary niedokrwienne, spowodowane ostrym zamknięciem lub krytycznym zwężeniem tętnicy wewnątrzczaszkowej lub domózgowej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Ponad 30% osób chorujących na COVID-19 doświadcza objawów neurologicznych, takich jak utrata węchu i smaku, bóle głowy, zmęczenie, mdłości i wymioty. Do tego mogą dołączać ostra choroba naczyniowo-mózgowa czy zaburzenia świadomości. Objawy te sugerują, że wirus SARS-CoV-2 może przedostawać się do mózgu. I rzeczywiście, zarówno w mózgach zmarłych jak i w płynie mózgowo-rdzeniowym znaleziono RNA wirusa, nie wiadomo jednak, w jaki sposób on się tam znalazł.
      Niemiecki zespół naukowy z Charite, Wolnego Uniwersytetu Berlińskiego, Instytutu Roberta Kocha i innych instytucji badawczych, odkrył RNA oraz białka wirusa w różnych anatomicznie obszarach nosogardła i mózgu. Autopsje zmarłych sugerują, że wirus może przedostawać się do mózgu poprzez nos.
      Na łamach Nature Neuroscience, w artykule Olfactory transmucosal SARS-CoV-2 invasion as a port of central nervous system entry in individuals with COVID-19 opisano badania, które przeprowadzono na 33 osobach zmarłych chorujących na COVID-19.
      Naukowcy zauważają, że wśród 7 koronawirusów, które infekują ludzi, co najmniej dwa endemiczne szczepy są w stanie przedostać się do centralnego układu nerwowego. Są to SARS-CoV oraz MERS-CoV, które ewolucyjnie są blisko spokrewnione z SARS-CoV-2. Teraz autorzy najnowszych badań donoszą, że RNA wirusa SARS-CoV-2 wykryli w centralnym układzie nerwowym 48% pacjentów, których poddali autopsji.
      Profesor Frank Heppner z Charité–Universitätsmedizin Berlin i jego zespół sprawdzili nosogardło – pierwsze miejsce, w którym może dochodzić do infekcji i replikacji wirusa – oraz mózgi 33 pacjentów (22 mężczyzn i 11 kobiet), które zmarły w czasie, gdy chorowały na COVID-19. Mediana wieku zmarłych wynosiła 71,6, a mediana czasu od wystąpienia objawów COVID-19 do zgonu to 31 dni.
      Autorzy badań odkryli RNA wirusa SARS-CoV-2 w nosogardle i mózgu wielu badanych. Najwięcej wirusowego RNA znajdowało się w błonie śluzowej nosa. Zauważyli też, że czas trwania choroby był ujemnie skorelowany z ilością wykrytego materiału wirusowego, co oznacza, że więcej śladów SARS-CoV-2 odkryto u osób, które chorowały krócej.
      Naukowcy donoszą też, że białko S wirusa, za pomocą którego infekuje on komórki, znajdowało się w pewnych typach komórek błony śluzowej. Nie można wykluczyć, że wirus wykorzystuje fakt, że komórki te sąsiadują z komórkami nabłonka i nerwowymi, dzięki czemu może dostać się do mózgu. U niektórych pacjentów białko S znaleziono w komórkach, w których dochodzi do ekspresji markerów neuronowych. Nie można więc wykluczyć, że wirus infekuje neurony węchowe oraz te obszary mózgu, do których docierają informacje o smaku i zapachu. Co więcej, ślady wirusa znaleziono też w innych obszarach mózgu, w tym w rdzeniu przedłużonym, w którym znajdują się m.in. ośrodek oddechowy, ośrodek sercowy czy ośrodki odpowiedzialne za wymioty.
      Spostrzeżenia niemieckich naukowców mogą wyjaśniać wiele objawów neurologicznych, które występują u chorujących na COVID-19.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z University of Manchester zauważyli, że w w grafenownych supersieciach znajdujących się pomiędzy dwoma warstwami azotku boru pojawia się nowa rodzina kwazicząstek. Odkrycie ma znaczenie dla badań nad fizyką materii skondensowanej i może prowadzić do stworzenia tranzystorów pracujących z wyższymi częstotliwościami.
      Fizycy i specjaliści z dziedziny materiałoznawstwa od kilku lat poszukują sposobu na wykorzystanie sił van der Waalsa działających pomiędzy cienkimi warstwami różnych kryształów do stworzenia materiałów, których właściwościami elektronicznymi można by manipulować bez potrzeby odwoływania się do wzbogacania kryształów atomami innych pierwiastków.
      Najbardziej znanym przykładem jest jednoatomowa warstwa grafenu zamknięta pomiędzy dwoma jednoatomowymi warstwami heksagonalnego azotku boru (hBN), który ma podobną stałą sieci krystalicznej. Jako, że oba materiały mają podobną heksagonalną strukturę, po nałożeniu ich na siebie pojawiają się regularne wzorce, supersieci.
      Gdy takie nałożone na siebie warstwy grafenu-azotku boru skręcimy i zmniejszy się kąt pomiędzy sieciami krystalicznymi obu materiałów, zwiększa się rozmiar supersieci. To zaś powoduje pojawienie się pasm wzbronionych (przerw energetycznych).
      Naukowcy z Manchesteru zauważyli teraz niezwykłe zachowanie się elektronów w takiej strukturze. Dobrze wiemy, że w sytuacji braku pola magnetycznego elektrony poruszają się prosto, a gdy przyłożymy pole magnetyczne, ich trajektorie zaczynają się zaginać, elektrony poruszają się w koło co zmniejsza przewodnictwo. W warstwie grafenu umieszczonej pomiędzy dwiema warstwami hBN trajektorie elektronów również zaczęły się zaginać, ale przy polu magnetycznym o określonej wartości przewodnictwo gwałtownie wzrosło. Tak, jakby elektrony ponownie poruszały się po liniach prostych w metalu bez obecności pola magnetycznego, mówią członkowie zespołu badawczego Julien Barrier i Piranavan Kumaravadivel.
      To zachowanie całkowicie sprzeczne z tym, co wiemy z podręczników fizyki, zauważa Kumaravadivel. Uczony i jego koledzy uważają, że zaobserwowane zjawisko to efekt pojawienia się nowych kwazicząstek. Te kwazicząstki to fermiony Browna-Zaka, które w strukturze grafen-hBN poruszają się z prędkościami balistycznymi pomimo obecności silnego pola magnetycznego. Fermiony te utrzymują prostą trajektorię poruszania się na przestrzeni dziesiątków mikrometrów w polu magnetycznym dochodzącym do 16 tesli.
      Odkrycie to oznacza w praktyce, że nośniki ładunków elektrycznych mogą przebyć po linii prostej całą szerokość urządzenia elektronicznego, nie rozpraszając się w przy tym. To zaś daje nadzieję na zbudowanie tranzystorów pracujących przy niezwykle wysokich częstotliwościach. Procesory korzystające z takich tranzystorów mogłyby pracować znacznie szybciej niż obecnie dostępne procesory.
      Co więcej, odkrywcy nowego zjawiska mówią, że zaobserwowane przez nich fermiony Browna-Zaka powinny pojawiać się w każdej supersieci, nie tylko grafenowej. To zaś ułatwi badanie nad zjawiskiem transportu elektronowego oraz nowymi supersieciami 2D tworzonymi przez inne materiały niż grafen.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...