Сингапурские учёные из Национального университета Сингапура разработали новый метод подбора наночастиц, которые могут доставлять терапию прямо в митохондрии опухолевых клеток. Митохондрии часто называют энергетическими центрами клетки, и для рака они особенно важны: если нарушить их работу, опухолевые клетки могут потерять способность выживать и расти.
Ключевая идея технологии — «ДНК-штрихкоды». Каждая наночастица получает уникальную ДНК-метку, благодаря которой исследователи могут одновременно тестировать десятки разных конструкций внутри живых моделей и точно отслеживать, куда они попадают: в кровь, ткани, опухоль и даже внутрь клеточных структур.
В рамках эксперимента учёные протестировали 30 различных наноконструкций. Особенно выделилась кубическая золотая наночастица с фолиевой кислотой. В доклинических моделях при комбинированной терапии — siRNA-воздействии на митохондрии и мягкой фототермической обработке — она показала почти полную регрессию опухоли, до 99%.
Важно понимать: речь пока идёт не о готовом лечении для людей, а о доклинических экспериментах. Но результат показывает перспективное направление — сверхточную внутриклеточную медицину, где терапия доставляется не просто в опухоль, а к конкретным органеллам внутри раковых клеток.
В будущем исследователи планируют расширить библиотеку наночастиц и подключить машинное обучение для более быстрого анализа данных. Если подход удастся развить, он может стать основой для новых методов точечной терапии рака и доставки лекарств внутрь клеток.
Учёные из Венского университета показали, что квантовая механика работает на куда более крупных масштабах, чем считалось раньше. В новом эксперименте они наблюдали квантовую интерференцию у наночастиц натрия диаметром около 8 нм — это сравнимо с размерами элементов современных транзисторов. Частицы содержали более 7 000 атомов и достигали масс порядка 143–197 кДа, а в пресс-релизе университета результат описан как новый рекорд для подобных экспериментов.
Исследователи использовали установку с тремя дифракционными решётками, сформированными ультрафиолетовыми лазерами, и получили чёткую интерференционную картину — прямой признак того, что волновая функция центра масс распространялась сразу по нескольким путям. Авторы работы называют это шагом к более “тяжёлым” состояниям суперпозиции, а показатель макроскопичности достиг μ = 15.5, что примерно на порядок выше, чем в предыдущих близких экспериментах.
Почему это важно? Потому что граница между классическим и квантовым миром снова сдвинулась. Если квантовые явления сохраняются на масштабе, сопоставимом с компонентами современной электроники, это открывает путь к новым фундаментальным тестам физики и потенциально — к практическим квантовым технологиям будущего.
Иллюстрация наконечника микроскопа, который одновременно измеряет четыре свойства материала.
Физики из Лейденского университета разработали микроскоп, способный одновременно измерять четыре ключевых свойства материала с наноразмерной точностью: температуру, магнетизм, структуру и электрические характеристики. Это открывает новые возможности для исследования целых квантовых чипов и ускоряет разработку технологий следующего поколения. Результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.
«Это почти как обладать сверхспособностью. Вы смотрите на образец и видите не только его форму, но и электрические токи, тепло и магнетизм внутри него», — говорит аспирант Маттиас Родж, один из авторов проекта.
Руководитель исследовательской группы Каве Лахаби подчеркивает, что новый прибор устраняет экспериментальные барьеры, долгое время мешавшие изучению квантовых материалов: «Он работает с реальными системами, которые мы действительно хотим понять. Чувствительность наших измерений впечатляет коллег».
Почему это важно?
Квантовые материалы, такие как сверхпроводники, демонстрируют свойства, которые можно объяснить только законами квантовой механики. Их особенность в том, что квантовые эффекты проявляются не только на атомном уровне, но и в макроскопических масштабах — до миллиметра. Однако из-за сложного взаимодействия магнитных, электронных, тепловых и структурных свойств понять их работу крайне трудно. Новый микроскоп позволяет напрямую визуализировать эти взаимосвязи, что поможет раскрыть фундаментальные секреты таких материалов и усовершенствовать квантовые устройства.
Измерение гетероструктуры медь–кобальт: результаты показаны на четырех графиках.
Преимущества подхода.
В отличие от большинства существующих микроскопов, которые работают только с плоскими образцами, разработка лейденских ученых не имеет таких ограничений. «Он может исследовать неровный фрагмент так же легко, как и идеальный кристалл, — объясняет Родж. — Это критически важно, поскольку многие интересные эффекты возникают на границах материалов».
Создание микроскопа «Тортилья»
Разработка прибора, получившего неофициальное название «Тортилья» (техническое название — TM-SOT), началась в 2021 году. Изначально ученые использовали детали, найденные на университетском чердаке, но вскоре поняли, что требования к конструкции настолько специфичны, что почти каждый компонент пришлось проектировать и собирать самостоятельно. В создании микроскопа участвовали инженеры и technники университета, а также эксперты по микроскопии. «Каждый кабель был спаян нами, каждый винт вкручен вручную. Это результат интенсивного сотрудничества», — отмечает Родж.
Коммерческое будущее!
Технология уже коммерциализируется: компания QuantaMap, соучредителем которой является Лахаби, разрабатывает микроскоп как продукт для квантовой диагностики. «Одной из главных проблем в квантовых вычислениях является невозможность точно определить, почему чип работает некорректно, — говорит генеральный директор QuantaMap Йоханнес Йобст. — Наш микроскоп решает эту задачу, что может ускорить квантовую революцию».
Исследователи уверены, что их инструмент откроет ранее недоступные возможности для изучения квантовых материалов и поможет решить множество научных и технологических задач.
Всю карьеру я был заинтригован тем, как ведут себя материалы, когда их размер сокращается до наноуровня — всего нескольких нанометров. При этом привычные законы физики начинают ломаться. Особенно интересно это в теплопроводности, где тепло переносится "фононами" — колебаниями атомов. Фононы очень чувствительны к ограниченному пространству.
Пару лет назад моделирование показало странную штуку: в ультратонких пленках кремния (толщиной 1–2 нанометра, как несколько слоев атомов) теплопроводность достигает минимума, а затем снова растет при еще меньшей толщине. Это противоречило традиционным теориям, которые предсказывали, что тепло будет ухудшаться по мере истончения пленки из-за меньшего места для движений фононов.
В своей новой статье в журнале Applied Physics я исследовал это с другой стороны. Вместо обычных моделей я посмотрел на ограничение с точки зрения геометрии. В обычных материалах фононы занимают шар в "обратном пространстве" (сфера Дебая). В тонкой пленке длинноволновые фононы исчезают, создавая "дыры" в этом шаре, как пустые зоны.
По мере истончения пленки эти дыры растут, искажая шар и смещая колебания к низким частотам. Это меняет "плотность состояний" — количество возможных колебаний. Теперь доминируют низкочастотные моды, которые хорошо переносят тепло. Моя модель точно совпала с данными моделирования без подгонки параметров.
Этот случай показывает, что в наноразмерных материалах нужно переосмысливать основы: простые геометрические ограничения могут объяснить странное поведение, а не только экзотика.
Последствия шире: похожие эффекты могут быть в проводниках, устройствах и даже двухмерных материалах. Это важно для электроники, где размер всё меньше, и для квантовых технологий, где тепло может нарушить работу. Я уже думаю о расширениях: от новых материалов до применения в суперведения и квантовых устройствах. Каждый сюрприз открывает двери к новой физике и технологиям.
(Автор — Антонио Закконе, профессор в Миланском университете. Ранее преподавал в Мюнхенском ТУ и Кембридже. Награды: серебряная медаль ETH, премия Геттингенской академии, стипендия Королевского колледжа, грант ERC. Работал над аналитикой переходов, упаковкой частиц и термоактивируемыми реакциями.)
🗓 09.10 — Всемирный день нанотехнологий [вехи_истории]
💭 Праздник науки, изобретательности и невероятно малых масштабов.
💡 Почему сегодня?
Дата выбрана в связи с тем, что нанотехнологии связаны с размером в 1 нанометр (10⁻⁹ метра), что отражено в цифрах 9 и 10.
📌 Термин «нанотехнологии» впервые ввёл японский учёный Норио Танигути в 1974 году, описывая обработку материалов с точностью до нанометров.Но настоящим «отцом нанотехнологий» считают Ричарда Фейнмана, который ещё в 1959 году в знаменитой лекции «There’s Plenty of Room at the Bottom» предсказал возможность манипуляций с атомами и молекулами по отдельности.
⚙️ Нанотехнологии в реальной жизни уже повсюду:
— В смартфонах и компьютерах — чипы с транзисторами размером менее 5 нм.
— В медицине — наночастицы помогают точно доставлять лекарства к раковым клеткам.
— В текстиле — нанопокрытия делают ткани водо- и грязеотталкивающими.
— В экологии — нанофильтры очищают воду и воздух с невероятной эффективностью.
🌐 Нанотехнологии и интернет
Без них не было бы сверхбыстрых процессоров, миниатюрных датчиков и компактных аккумуляторов — всего того, что сделало возможным мобильную революцию и IoT (интернет вещей).
✨ Нанотехнологии — это не просто наука о «маленьком». Это ключ к новым энергетическим источникам, новым материалам и способам лечения болезней, которые ещё недавно казались фантастикой.
♻️ Кто знает, может именно нанотехнологии помогут создать лекарство от всех болезней и изобрести телепорт)
⸻
❓ А какое изобретение/устройство из футуристического будущего вам бы хотелось получить уже сейчас?)
===================================== 👇👇Наш канал на других площадках👇👇 YouTube | VkVideo | Telegram | Pikabu =====================================
Катодолюминесцентное гиперспектральное отображение рисунка с надписью "Ли" (вверху слева); Хэ Ен Ли и Ифэн Лю (внизу слева) и отображение на экране.
Исследователи из Университета Райса использовали сфокусированный электронный луч для создания узоров с субмикронной точностью в ультратонком кристалле оксида молибдена. Эти узоры светятся ярко-синим светом и проводят электричество, что демонстрирует возможность их применения для компактной проводки и встроенных источников света на кристалле.
По словам доцента Хэ Ен Ли, электронный луч действует как наноразмерный карандаш, позволяя рисовать источники света и провода с точностью, недоступной традиционным методам, таким как литография. Оксид молибдена состоит из ультратонких слоёв, связанных слабыми ван-дер-ваальсовыми силами, что делает материал легко настраиваемым для новых устройств.
Учёные предположили, что электроны высокой энергии выбивают атомы кислорода из кристаллической решётки, образуя кислородные дефекты. Эти дефекты усиливают свечение и повышают проводимость материала. В местах воздействия электронного луча интенсивность синего излучения значительно возрастала и сохранялась, а проводимость увеличивалась в сотни раз, формируя встроенные провода шириной всего несколько сотен нанометров.
Для экспериментов использовалась система катодолюминесцентной спектроскопии, которая позволила одновременно создавать дефекты и отслеживать излучение в реальном времени. Дополнительные методы подтвердили наличие кислородных дефектов.
Главным достижением работы является одновременное создание оптических и электрических свойств в одном материале с высокой точностью, без необходимости отдельных этапов для оптики и электроники. Исследователи отмечают, что метод может быть применён и к другим ван-дер-ваальсовым оксидам, открывая новые возможности для разработки оптоэлектронных устройств следующего поколения.
Квантовые точки, синтезированные в ходе этого исследования, светятся ярко-красным в ультрафиолетовом свете, демонстрируя свою непревзойденную фотолюминесценцию.
Через год после встречи исследователей NREL Мэтью Хаутцингера и Сейджа Бауэрса, посвящённой малоизученным наноматериалам, они успешно синтезировали квантовые точки из фазы Zintl на основе BaCd2P2. Эти нанокристаллы привлекают внимание яркой фотолюминесценцией, химической стабильностью и использованием доступных природных элементов.
"Мы переоценили материалы, разработанные 40-50 лет назад, чтобы найти новые неорганические кандидаты для современной оптоэлектроники", — отметил Хаутцингер. В частности, BaCd2P2 заинтересовал их оптимальной шириной запрещённой зоны, долгим временем жизни носителей и высокой устойчивостью к дефектам.
Поскольку традиционные методы получения материалов фазы Zintl непрактичны, команда провела первый синтез коллоидных квантовых точек BaCd2P2 и изучила их свойства, опубликованные в ACS Nano. Квантовые точки — нанокристаллы размером в несколько нанометров — обладают настраиваемыми оптическими и электронными характеристиками благодаря эффектам квантового удержания. Это открывает возможности для улучшения светодиодов, дисплеев, оптических волокон, солнечных панелей и биовизуализации.
Бауэрс подчеркнул, что уже при первом синтезе квантовые точки BaCd2P2 демонстрировали яркую фотолюминесценцию без специальной химической обработки, что говорит о большом потенциале материала.
Ключевым фактором стала высокая устойчивость BaCd2P2 к дефектам, предсказанная теоретически и подтверждённая экспериментально. В отличие от классических полупроводников, где требуется пассивация поверхности, этот материал легче превращается в квантовые точки без снижения качества.
Синтез осуществлялся путём быстрого введения фосфорного предшественника в нагретую смесь бария и кадмия с лигандами. Регулировка температуры позволяла контролировать размер наночастиц и их оптические свойства.
Для подтверждения структуры и состава использовались методы электронной и рентгеновской дифракции, рамановской спектроскопии и рентгеновской флуоресценции.
Полученные квантовые точки излучали яркий свет с квантовым выходом фотолюминесценции около 21% — показатель, достигаемый без сложной обработки и важный для промышленного применения.
Далее команда создала тонкие пленки из раствора BaCd2P2, характерные для оптоэлектронных устройств. Исследования показали гладкую поверхность без дефектов, что открывает путь к интеграции материала в реальные технологии.
"Мы упростили процесс синтеза, не потеряв контроля над свойствами материала", — отметил Бауэрс. Пленки из квантовых точек BaCd2P2 могут стать более доступной и эффективной альтернативой существующим технологиям.
Кроме того, BaCd2P2 состоит из широко распространённых элементов, что снижает риски перебоев в цепочках поставок. Команда также экспериментировала с частичной заменой кадмия на цинк для снижения токсичности, сохраняя фотолюминесцентные свойства.
"Это новое направление, и мы продолжим исследовать, как изменение состава влияет на свойства и открывает новые возможности", — добавил Бауэрс.
Таким образом, исследование квантовых точек на основе фаз Zintl, таких как BaCd2P2, открывает перспективы для развития оптоэлектроники с использованием стабильных, доступных и настраиваемых материалов.
Исследователи Empa достигли атомной точности в синтезе молекулярных структур, что подтверждается микроскопическими изображениями: сканирующая туннельная микроскопия (вверху) и бесконтактная атомно-силовая микроскопия (внизу).
Органическая химия, изучающая соединения углерода, составляет основу жизни на Земле. Однако металлы также играют важнейшую роль во многих биохимических процессах. Для объединения атомов тяжелых металлов с органическими соединениями природа использует особые структуры — порфирины. Эти молекулы образуют органическое кольцо, способное удерживать в центре ионы металлов, таких как железо, кобальт или магний.
Порфириновый каркас лежит в основе гемоглобина в крови человека, хлорофилла в растениях и многих ферментов. В зависимости от типа металла в центре молекулы, свойства соединений могут значительно варьироваться. Ученые давно стремятся использовать эту функциональность порфиринов, в том числе в молекулярной электронике.
Исследователям из лаборатории nanotech@surfaces компании Empa в сотрудничестве с химиками из Института исследований полимеров Макса Планка удалось решить ключевую задачу — соединить отдельные молекулы порфиринов с графеновыми нановолокнами точным и контролируемым способом.
Графеновые нановолокна представляют собой узкие полосы графена. Их свойства, включая проводимость и магнетизм, зависят от ширины и формы краев. Исследователи использовали ленту шириной 1 нанометр с зигзагообразными краями в качестве молекулярного провода. Вдоль этих краев молекулы порфирина располагаются через равные промежутки, чередуясь по сторонам ленты.
«Наша графеновая лента обладает особым типом магнетизма благодаря своей зигзагообразной структуре», — объясняет Фейфэй Сян, ведущий автор исследования. Атомы металла в порфиринах, в свою очередь, обладают традиционными магнитными свойствами. Разница заключается в электронах, которые обеспечивают спин — основу магнетизма.
«Благодаря соединению порфиринов с графеновой основой нам удалось объединить оба типа магнетизма в единую систему», — говорит соавтор работы Оливер Гренинг.
Это достижение открывает новые возможности в молекулярной электронике. Графеновая лента служит одновременно электрическим и магнитным проводником, выполняя роль наноразмерного «кабеля» между молекулами порфирина. Такой коррелированный магнетизм особенно перспективен для квантовых технологий, где спин выступает в качестве носителя информации.
Кроме того, порфирины являются оптически активными структурами, что позволяет взаимодействовать с электронными и магнитными свойствами системы с помощью света. Они могут излучать свет, длина волны которого изменяется в зависимости от магнитного состояния всей молекулярной цепочки. Обратный процесс также возможен: возбуждение порфиринов светом влияет на проводимость и магнетизм графеновой основы.
Синтез таких структур — сложный процесс. Молекулы-предшественники, состоящие из порфириновой сердцевины и углеродных колец, синтезируются химиками, а затем подвергаются термической обработке в условиях сверхвысокого вакуума. Золотая поверхность служит основой для формирования точных наноструктур.
В настоящее время команда работает над применением этих материалов в будущих квантовых технологиях, исследуя различные металлические центры в порфиринах и расширяя графеновую основу для создания универсальных электронных систем.
![🗓 09.10 — Всемирный день нанотехнологий [вехи_истории]](https://cs17.pikabu.ru/s/2025/10/07/22/xefvlwin.jpg)
