Информация свежая... и не очень

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#976   morozov » Вт май 14, 2019 12:20

Наноструктуры в природе. Как пауки бегают по потолку

ПерсТ не раз рассказывал о том, как пауки помогают создавать новые материалы и приборы. Так, например, цилиндрический фрагмент прозрачного паучьего шелка можно использовать как суперлинзу для видимого света [1]. Данные о структурных изменениях нити паутины при растяжении полезны для создания прочных и эластичных волокон, к тому же с высокой и регулируемой теплопроводностью (паутина имеет высокую теплопроводность, которая при растяжении нити растёт и становится лучше, чем у меди) [2]. Анализ биофотонных наноструктур, которые отвечают за ярко-синюю окраску пауков-птицеедов, помогает найти возможность улучшения экранов различных устройств, снижения вероятности бликов и потускнения [3]. Подтверждение гипотезы о возникновении “радужности” австралийских миниатюрных пауков-павлинов на трехмерной дифракционной решётке брюшных наночешуек важно для разработки миниатюрных спектрометров с высоким разрешением [4].

Недавно исследователи из Германии и Франции опубликовали новые данные об иерархической структуре волосков конечностей (ходильных ног) странствующего, или бродячего, паука Cupiennius salei* (рис. 1) [5]. Эти пауки с легкостью перемещаются по вертикальным стенам и по потолку. Конечно, такой способностью обладают и некоторые насекомые, например мухи. Но им помогает клейкое вещество, которое выделяют железы на лапках. У пауков таких желез нет, и они прикрепляются к поверхности только благодаря структуре волосков-щетинок, расположенных на кончиках ходильных ног между двумя коготками. Щетинки в основном состоят из белков и упрочняющих хитиновых волокон. Длина щетинок ~ 200-800 мкм, на каждой конечности их около 1000. Поверхность щетинок покрыта тысячами микровыростов, ответвляющихся от центрального ствола под углом ~ 80о (рис. 1a, b). На их концах находятся контактные элементы, пластинки размером ~ 1 мкм и толщиной 20 нм (рис. 1с), которые и обеспечивают высокую адгезию к поверхности за счет сил Ван-дер-Ваальса. Конечно, наличия этих контактных элементов недостаточно для того, чтобы паук мог, например, сидеть на потолке вниз головой или быстро отрывать конечности от поверхности при ходьбе. Структура щетинок должна выдерживать серьезные нагрузки.

ИзображениеИзображение
Рис. 1. Внешний вид паука (справа) и структура щетинок:a –SEM изображение щетинки, вид снизу; b – микрофотография щетинки, вид сбоку;
c – SEM изображение контактных элементов, обеспечивающих адгезию.

Новую детальную информацию о структуре и составе различных зон щетинки, обеспечивающих “сухую динамическую адгезию”, авторы [5] получили благодаря использованию современных методов нанофокусной рентгеновской синхротронной дифракции в исследовательских центрах ESRF ((Франция) и DESY (Германия). Результаты широкоуглового рентгеновского рассеяния/дифракции позволили определить кристаллическую структуру хитина, плотность его распределения в разных зонах щетинки и ориентацию его микрофибрилл.
Анализ данных малоуглового рентгеновского рассеяния (SAXS) помог выявить детали распределения и ориентации структур размером ~ 100 нм.

Исследователи выяснили, что кристаллы хитина в разных зонах щетинки-волоска (см. рис. 1а) имеют разные размеры – 2.59 нм на кончике, 2.71 нм в переходной зоне и 2.66 нм в стволе. Мелкие кристаллы на кончике, вероятно, обеспечивают повышенную гибкость, и, соответственно, хороший контакт с поверхностью. В переходной, довольно узкой зоне кристаллы самые крупные, т.к. эта зона должна выдержать нагрузку при контакте щетинки с поверхностью (и при отрыве от поверхности).
Изображение
На рис. 2 приведены ориентационные карты сигналов широкоуглового рентгеновского рассеяния/дифракции для кристаллического хитина в трех разных зонах (на фоне карт интенсивности SAXS, показывающих структуру соответствующей зоны щетинки с микровыростами). Плотность хитиновых волокон, которая соответствует интенсивности сигналов на рис. 2, наиболее высокая в зоне ствола и переходной зоне. Интересно, что практически все цепочки кристаллического хитина в этих зонах ориентированы вдоль продольной оси щетинки (рис. 2а, b). На кончике щетинки картина совсем другая (рис. 2с) – плотность хитина существенно ниже, и его цепочки имеют разнообразную ориентацию.

Рис. 2. Ориентационные карты сигналов широко-углового рентгеновского рассеяния/дифракции, показывающие ориентацию кристаллического хитина в разных зонах щетинки (в соответствии с цветным кругом). На заднем плане – карты интенсивности SAXS. В зоне ствола (а) и в переходной зоне (b) цепочки кристаллического хитина ориентированы вдоль продольной оси (единственная точка, соответствующая ориентации вдоль микровыроста, показана черной стрелкой на рис. 2а). На кончике щетинки (с) хитин имеет разнообразную ориентацию. Стрелками показаны точки, соответствующие ориентации вдоль микровыростов.

Авторы [5] считают, что именно благодаря специфическому расположению кристаллов хитина нагрузки, возникающие при контакте конечности с поверхностью и при отрыве конечности от поверхности, распределяются равномерно. Сидеть пауку на потолке “вниз головой” (его любимая поза отдыха) или на вертикальной стенке помогает наличие параллельно ориентированных хитиновых волокон, упрочняющих структуру.

Интересные результаты, по мнению авторов, можно получить, присоединяя и отрывая щетинки inn situ на установке нанофокусной рентгеновской синхротронной дифракции для выяснения того, как при этом меняется ориентация хитиновых волокон в разных зонах. Такие эксперименты помогут в создании биомиметического “сухого клея”.

О.Алексеева

________________

* Свое название эти пауки получили потому, что не плетут ловчих сетей, а в поисках добычи бродят по ночам. Размер пауков достигает 3,5 см,
а размах ног – 20 см. Скорость при быстрой ходьбе – 10 см/сек. Cupiennius salei подробно изучены и широко используются в научных целях
(а некоторые любители держат и даже разводят их дома).

1. ПерсТ 24, вып. 1/2, с. 1 (2017).

2. ПерсТ 19, вып. 17, с. 2 (2012).

3. ПерсТ 23, вып. 3/4, с. 1 (2016).

4. ПерсТ 25, вып. 3/4, с. 1 (2018).

5. C.F.Schaber et al., J. Roy. Soc. Interface 16, 20180692 (2019).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#977   morozov » Чт май 16, 2019 11:33

Томография прозрачных объектов: рассеяние Мандельштама-Бриллюэна
для картографирования показателя преломления

Показатель преломления – основная оптическая характеристика материала – оказывается не так-то просто измеряема напрямую. Большинство методов измерения показателя преломления основаны на измерении оптической длины пути (или разности хода), что требует знания геометрических размеров образца. Для твердых тел это не является большой проблемой, но что делать, если речь идет о прозрачных включениях в жидкостях или биологических объектах? Здесь приходится привлекать не только оптические методы. Авторы статьи, недавно вышедшей в Physical Review Letters [1], предложили использовать эффект рассеяния света на звуковых колебаниях – рассеяние Мандельштама-Бриллюэна. При взаимодействии фотона с фононом – собственным колебанием кристаллической решетки – образуется рассеянный фотон с другой частотой, определяемой частотой звука, углом падения света и показателем преломления света в той области пространства, в которой происходит взаимодействие (рис. 1).
Изображение
Рис. 1. Схема взаимодействия света и звука при падении света по нормали и под углом α. Направление волнового вектора фонона одинаково.
Образец помещают в конфокальный микроскоп и освещают лучом лазера, разделенным на две части – одна идет по нормали к образцу, а другая под заданным углом. Рассеянный свет собирается оптоволокном и поступает на спектрометр, который измеряет частотный сдвиг. Расчет отношения частотных сдвигов при падении по нормали и под углом позволяет исключить неизвестную частоту звука (впрочем, предполагается, что скорость звука в этих двух направлениях будет одинакова). Получается расчетная формула для локального показателя преломления образца, в которую входит заданный угол падения и экспериментально полученное отношение частотных сдвигов. Фокусируя луч лазера на разные участки образца, можно получить картину распределения показателя преломления, разрешение которой определяется размером фокального пятна. На рис. 2 приведен пример такой картины для капли фотополимера. Разрешение картины составило 5.3 × 3.9 мкм в плоскости и 33 мкм вдоль оптической оси.

Изображение
Рис. 2. Результаты эксперимента: распределение показателя преломления капли фотоактивируемого полимера (n=1.56) в метаноле (n=1.329) в горизональной (XY) и вертикальной (XZ) плоскостях (для сравнения также приведена микрофотография капли).
Предложенный метод исследования оптических свойств материалов представляется весьма перспективным и, скорее всего, будет активно применяться на практике.

З.Пятакова

1. A.Fiore et al., Phys. Rev. Lett. 122, 103901 (2019).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#978   morozov » Пт май 17, 2019 10:45

ДЛЯ ПРАЗДНОГО УМА

Скотч как источник вдохновения физиков: теперь изучаем скрип

С истории о клейкой ленте (в России называющейся скотчем) начинается любой журналистский рассказ о графене. Менее известным, но также распространенным сюжетом научно-популярных заметок является свечение, наблюдаемое в темноте при разматывании скотча в месте его отрыва от катушки. В недавней же статье [1] исследователи из нескольких французских университетов в сотрудничестве с новосибирским Институтом гидродинамики решили исследовать звук разматывающейся ленты скотча.

Если у взрослых людей этот скрипящий звук рождает приятные ассоциации с покупкой новой бытовой техники или мебели, то у детей и животных он может вызывать заметное беспокойство дискомфорт. Интернет изобилует видеороликами с котами, рефлекторно реагирующими на разматывающийся скотч широким открытием пасти и высовыванием языка. Похожим образом они реагируют и на проведение пальцем по зубчатому краю расчески, т.е. дело здесь в прерывистом характере звука.

Действительно, процесс отлипания ленты от поверхности является примером динамической неустойчивости: даже если тянуть за конец ленты с одинаковой силой, все равно отрыв ленты на микроскопическом уровне будет происходить рывками: периоды натяжения ленты Т будут отделены друг от друга короткими временными интервалами “разгрузки”, при которых скачком от поверхности отделяются фрагменты ленты длиной A порядка десятых долей миллиметра (см. рис.). Связь между величинами A и T как раз и исследовали в работе [1].
Изображение
Зависимость положения точки отрыва клейкой ленты от времени. На вставке приведены кадры из видеозаписи отрывающейся ленты. Вертикальной обоюдоострой стрелкой на вставке показана величина А.
Французские ученые подошли к делу основательно: взяли клейкую ленту 3M Scotch 600 с хорошо исследованными в литературе характеристиками, для равномерного натяжения ленты использовали бесщеточный электродвигатель с высокой стабильностью скорости вращения, процесс отрыва снимали на высокоскоростную (300 тысяч кадров в секунду) камеру с микрообъективом, позволяющим получать разрешение 10мкм. Измерения проводили при различных параметрах длины и угла наклона ленты. Полученные статистические данные надежно свидетельствуют, что амплитуда неустойчивости A зависит от периода неустойчивости Т по закону кубического корня: A~T1/3, с коэффициентом пропорциональности, зависящим от угла наклона, изгибная жесткость и погонной массы ленты. Теоретическая модель, приведенная в [1], позволяет свести эту закономерность к простому следствию закона сохранения энергии: запасенная в период натяжения упругая энергия обратно пропорциональная A3, равна кинетической энергии при отрыве, т.е. произведению квадрата скорости (A/T)2 и пропорциональной А массы фрагмента ленты.

Практическим следствием подобных изысканий может быть снижение шума, производимого разматывающимися лентами на производстве: сильная, кубическая, зависимость периода неустойчивости от длины отрывающегося фрагмента позволяет радикально уменьшить время и сделать процесс отделения клейкой ленты от поверхности более равномерным.

А. Пятаков

1. V.De Zotti et al., Phys. Rev. Lett. 122, 068005 (2019).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#979   morozov » Ср июн 05, 2019 13:27

Сверхтекучее твёрдое состояние в газе с диполь-дипольным взаимодействием
1 июня 2019
Сверхтекучими твёрдыми состояниями (СТС), называют такие состояния, в которых сочетается сверхтекучесть и кристаллическая периодичность. Возможность их существования предсказана теоретически в работе А.Ф. Андреева и И.М. Лифшица (ЖЭТФ 56 2057 (1969) [Sov. Phys. JETP 29 1107 (1969)]), а также в работах Г.В. Честера (Phys. Rev. A 2 256 (1970) ) и Э.Дж. Леггетта (Phys. Rev. Lett. 25 1543 (1970)). Условием возникновения СТС является наличие ротонного минимума на кривой дисперсии и квантовая стабилизация. В 2004 г. сообщалось о наблюдении СТС в твёрдом гелии-4, однако этот результат не подтвердился. Впервые достоверно СТС было обнаружено в 2009 г. в газе атомов рубидия, находящемся в периодическом потенциале, который создавался полем излучения. Предсказывалось, что ротонный минимум и СТС могут возникнуть и без внешнего периодического поля. Три независимые группы исследователей подтвердили это предсказание, обнаружив СТС в бозе-эйнштейновских конденсатах газов, атомы которых обладают большими магнитными дипольными моментами. Получено абсорбционное изображение интерференции атомных волн в облачке конденсата при его свободном расширении. Таким путем наблюдались периодически расположенные капли бозе-эйнштейновского конденсата, которые были фазово когерентны. Две группы под руководством G. Modugno (Флорентийский университет, Италия) и T. Pfau (Штутгартский университет, Германия) исследовали изотоп 162Dy. Измеренное ими время жизни СТС составило 30 мс. Это время ограничено трехтельными потерями. 3D-моделирование на основе обобщённого уравнения Гросса-Питаевского показало хорошее согласие теории и экспериментальных данных. F. Ferlaino (Инсбрукский университет, Австрия) и её коллеги обнаружили СТС у газа изотопов 166Er и 164Dy. В 166Er СТС сохраняется в течение 30 мс, а в 164Dy — более 150 мс. Источники: Phys. Rev. Lett. 122 153601 (2019), Phys. Rev. X 9 011051 (2019), Phys. Rev. X 9 021012 (2019)

Квантовый спиновый лёд в Ce2Zr2O7
1 июня 2019
J. Gaudet (Университет МакMастерa, Канада, Университет Джонса Хопкинса и NIST, США) и соавторы исследовали свойства пирохлорного оксида Ce2Zr2O7 и показали, что в нем, возможно, достигается состояние квантовой жидкости в форме спинового льда. При этом, в отличие от обычных веществ, спины атомов остаются неупорядоченными даже при абсолютном нуле температуры. J. Gaudet и соавторы применили рассеяние нейтронов от источника в Национальной лаборатории Оук-Ридж для исследования динамики спинов в порошкообразном Ce2Zr2O7, а также в единичных кристаллах. Обнаружены дублетные состояния, связанные с ионами Ce3+ и отделенные по энергии от других возбуждений в кристалле. Как оказалось, при температуре 60 мК характер рассеяния нейтронов в близок к тому, что предсказывается для квантового спинового льда. Источник: Phys. Rev. Lett. 122 187201 (2019)

Проверка неравенств Белла с помощью разнесенных кубитов
1 июня 2019
Хотя квантовая запутанность сверхпроводящих кубитов, связанных протяжённым каналом, уже была ранее продемонстрирована, проверка для них неравенств Белла до сих пор не выполнялась из-за сложностей передачи состояния с высокой квантовой точностью. Подобная проверка была осуществлена лишь для кубитов с локальной связью. A.N. Cleland (Чикагский университет и Аргонская национальная лаборатория, США) и его коллеги впервые успешно выполнили проверку неравенств Белла, связав два сверхпроводящих кубита с квантовой точностью f = 0,94 с помощью фотонов через копланарный волновод длиной 78 см. Неравенства Белла были нарушены на уровне 9,7 σ. Применявшаяся методика может быть полезна в устройствах передачи квантовой информации. Источник: Nature Physics, онлайн-публикация от 22 апреля 2019 г.

Лазерный радиопередатчик
1 июня 2019
F. Capassoa (Гарвардский университет, США) и его коллеги сконструировали радиопередатчик, в котором ближнее ИК-излучение лазера преобразуется в радиоволны микроволнового диапазона. В отличие от других известных методов генерации радиоволн с помощью лазера, радиоизлучение возникает непосредственно в рабочем объёме лазера. Квантово-каскадный лазер на основе слоёв GaInAs/AlInAs работал в режиме частотной гребенки. Биения между соседними оптическими модами в резонаторе создавали пространственно-временные вариации оптического поля. Эти вариации влияли на стимулированное излучение и поглощение фотонов, которое вызывало движения электронов и генерацию радиоволн на частоте 5,5 ГГц. Верхний металлический электрод имел прорезь и выполнял роль дипольной антенны для передачи сигнала во внешнее пространство. Сигнал можно было модулировать полезной информацией, изменяя питающий ток лазера. В инверсном режиме устройство может работать и на приём радиосигналов. Данное исследование открывает новые возможности для создания гибридных электронно-фотонных устройств. Источник: PNAS, онлайн-публикация от 24 апреля 2019 г.

Измерение на МКС спектра протонов космических лучей
1 июня 2019
С помощью прибора CALET, установленного на борту Международной космической станции, выполнены измерения спектра протонов из состава космических лучей в интервале энергий от 50 ГэВ до 10 ТэВ. Этот интервал включает, в частности, область увеличения жёсткости спектра, где изменяется его наклон. Наблюдение спектра ниже и выше этой области с помощью одного и того же прибора важно для исключения систематических ошибок. Ранее отдельные части спектра измерялись с помощью разных космических детекторов (PAMELA, ATIC и др.), которые выявили эффект спектрального упрочнения. Телескоп CALET включает зарядовый детектор и массив из калориметров. Измеренный CALET спектр согласуется с результатами измерений телескопа AMS-02, но продолжается в область с более высокими энергиями. Виден плавный переход показателя степени спектра от γ = -2,81 ± 0,03 (без эффектов солнечной модуляции) в интервале 50-500 ГэВ до γ = -2,56 ± 0,04 при 1-10 ТэВ. Измерение спектра космических протонов важно для прояснения механизмов ускорения космических лучей и их переноса в Галактике. Источник: Phys. Rev. Lett. 122 181102 (2019)
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#980   morozov » Пт июн 07, 2019 15:55

НОВОСТИ НАУКИ
07.06.19 Наблюдательная программа «РадиоАстрона» завершена, обработка научных данных продолжается
Специалистам НПО им. С.А. Лавочкина не удалось наладить связь со спутником «Спектр-Р». Попытки продолжались с 10 января до 30 мая 2019 г. Государственная комиссия рассмотрела вопрос технического состояния спутника 30 мая 2019 г. и приняла решение завершить наблюдательную программу «РадиоАстрона». Спутник успешно проработал 7.5 лет вместо запланированных трех. Связь с аппаратом прервалась из-за накопления бортовым приемо-передающим устройством высокого уровня космического излучения. В настоящий момент Астрокосмический центр ФИАН работает над завершением сбора, корреляции и архивации полученного громадного объема уникальных научных данных, международные научные группы продолжают обработку, анализ и публикацию результатов.
Коллектив проекта выражает глубочайшую благодарность своим партнерам в реализации проекта в России и за ее пределами. Астрокосмический центр ФИАН надеется на продолжение сотрудничества в рамках проекта «Миллиметрон», который разовьет успехи «РадиоАстрона» в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн.

Николай Кардашев, Юрий Ковалев, АКЦ ФИАН
__________________________
Проект РадиоАстрон осуществляется Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева Российской Академии наук и Научно-производственным
объединением им. С.А. Лавочкина по контракту с Российским космическим агентством совместно с многими научно-техническими организациями в России и других странах.

Изображение
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#981   morozov » Пн июн 10, 2019 2:00

Флексоэлектреты

Флексоэлектрическим эффектом (от лат. “flexura” – изгиб) называют возникновение электрической поляризации в телах при их изгибе или любом другом виде неоднородной деформации. Это явление довольно распространенное, поскольку, в отличие от пьезоэлектричества, оно не накладывает симметрийных ограничений на выбор материала, лишь бы он был диэлектрическим. Флексоэлектричество наблюдается не только в твердых телах, но и в полимерах, жидких кристаллах и биологических тканях. К сожалению, электрическую поляризацию, сравнимую с той, что получается при пьезоэлектрическом эффекте, получить не удается: в кристаллах не так легко создать требуемые градиенты механических напряжений, а гибкие полимеры имеют на три порядка меньшие величины флексоэлектрического эффекта. В статье [1] ученых из Xi’an Jiaotong Univ. (Китай) рассказывается о создании искусственного материала на основе полимера с внедренной в него заряженной пленкой, что позволяет стократно увеличить флексоэлектрический эффект.

Наличие заряженного слоя играет ключевую роль, поэтому авторы [1] назвали такой материал “флексоэлектретом”, по аналогии с электретами – электрическими аналогами постоянных магнитов, способными длительное время пребывать в заряженном состоянии. Физическую идею, лежащую в основе действия флексоэлектрета, поясняет рисунок 1: заряженный слой создает две области с равными и противоположно направленными электрическими поляризациями, полностью компенсирующими друг друга в исходном состоянии (рис. 1а, вверху). Однако при изгибе симметрия нарушается, верхний и нижний слой флексоэлектрета испытывают противоположные по знаку деформации, электрические поляризации уже не уравновешивают друг друга (рис. 1а, внизу). Стоит отметить, что однородная деформация не приводит к возникновению разностной поляризации, т.е. пьезоэлектрических свойств такой материал проявлять не будет.
ИзображениеИзображение
Рис. 1 Механизм флексоэлектрического эффекта в флексоэлектретах:
а – флексоэлектрет в начальном состоянии (initial state, вверху) и в изогнутом состоянии (bending, внизу), когда нарушается взаимная компенсация поляризаций P, создаваемых заряженным слоем.
б – биологические мембраны как естественные флексоэлектреты, стрелками показаны электрические дипольные моменты липидных молекул.
Идея, описанная в статье [1], достаточно простая, и авторы чистосердечно признаются, что они не первые, кто описал подобный механизм флексоэлектричества. Он действует в биологических мембранах, состоящих из двойных липидных слоев, поляризации которых уравновешивают друг друга в отсутствие деформации, но эта взаимная компенсация нарушается при изгибе мембраны [2].
ИзображениеИзображение
Рис. 2 Измерения флексоэлектрического эффекта:
а – Схема эксперимента. Длина пластинки из полимера L=100 мм. Амплитудное значение смещения середины пластинки под действием нагрузки
δ =1.5 мм; б – зависимость связанного заряда (левая шкала) и постоянной флексоэлектрического эффекта (правая шкала) от “поверхностного потенциала” заряженной пленки: красные треугольники – результат измерений для флексоэлектрета, черный кружок – для исходного полимерного материала ПДМС без имплантированной заряженной пленки.
Для создания флексоэлектрета китайские ученые использовали пластинку полимера ПДМС (полидиметилсилоксан) толщиной 10 мм, которая подвергалась периодической нагрузке с частотой 1 Гц (рис. 2а). Внутрь полимера имплантировалась электрически заряженная пленка, мерой электрического заряда которой экспериментаторами почему-то была выбрана не поверхностная плотность, а “поверхностный потенциал”, с ростом которого величина флексоэлектрического эффекта предсказуемо возрастала (рис. 2б). Характерные значения эффекта (~10-8 Кл/м) хотя и не рекордные для полимеров, но в 100 раз превышают величину для исходного полимера ПДМС без имплантированной заряженной пленки (рис. 2б).

Стоит заметить, что вопросы относительно механизма наблюдаемого эффекта в работе [1] у специалистов остаются. Не является ли флексоэлектрический эффект следствием паразитных пьезоэлектрических эффектов? Также настораживает отсуствие упоминаний об обратном флексоэлектрическом эффекте – индуцированном электрическим полем изгибе структуры. Наблюдение обратного эффекта является обычной практикой, начиная с пионерских работ (см., например, [3]).

Автор благодарит И.В. Шнайдштейна за обсуждение статьи [1] и высказанные ценные замечания.

А. Пятаков

1. X.Wen et al., Phys. Rev. Lett. 122, 148001 (2019).

2. A.G.Petrov, Anal. Chim. Acta 568, 70 (2006).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

FENIMUS
Сообщения: 984
Зарегистрирован: Пн мар 31, 2008 11:57
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#982   FENIMUS » Вт июн 11, 2019 9:15

https://nplus1.ru/news/2019/06/03/quantum-jump
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1287-z

что-то то невнятное, о предсказании квантовых скачков.
Что такое искусственный атом и предсказывают скачки точно или не точно..
Если они регистрируют фотоны, за счет какой энергии тогда происходит скачок? )

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#983   morozov » Ср июн 12, 2019 18:44

Непонятно. Я нашел аналог статьи в арХиве

https://arxiv.org/pdf/1803.00545.pdf

Там картинки, но текст разбирать слишком для меня.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 32136
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Информация свежая... и не очень

Номер сообщения:#984   morozov » Сб июн 22, 2019 21:51

Новые наноматериалы для восстановления костей

Биоинженерия костной ткани – перспективное направление биомедицины, позволяющее без донорского материала восстанавливать кости, поврежденные в результате травм или заболеваний (таких, например, как остеопороз). Ткань для трансплантации можно получить in vitro, используя остеобласты, хондроциты, мезенхимальные стволовые клетки самого пациента. Также ученые разрабатывают синтетические материалы – каркасы (scaffolds) для регенерации костной ткани in vivo. Конечно, эти материалы должны сочетать нужные биологические и механические свойства. Один из интересных вариантов – композиты на основе биосовместимых и биоразлагаемых нановолокон из поликапролактона (PCL). Такие нановолокна, полученные методом электропрядения, по морфологии похожи на внеклеточный матрикс; их уже применяют для регенерации кожи и др. Однако биоактивность немодифицированных волокон недостаточна. Для её повышения в раствор для электропрядения добавляют CaCО3 или гидроксиапатит, на волокна наносят TiO2 и другие покрытия. Особенно эффективным является покрытие TiCaPCON, но его сложно получить на PCL волокнах, поскольку температура плавления поликапролактона всего около 60°С. Российские исследователи из МИСиС (при участии коллег из Чехии) разработали новый способ синтеза композита PCL-TiCaPCON [1]. Для нанесения покрытия они использовали магнетронное распыление композитной мишени TiC-CaO-Ti3POx. Мишень изготовили методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Благодаря тщательному подбору режима нанесения (ток, длительность, состав рабочего газа Ar/N2) удалось не только получить требуемое покрытие, но и полностью сохранить структуру нановолокон (рис. 1 c, d). По данным XPS в составе полученного нанокомпозитного покрытия присутствуют фазы TiC, TiN и TiO2, которые, как известно, и определяют его высокую биоактивность и хорошие механические свойства. По оценкам толщина покрытия ~ 30 нм.
Изображение
Рис. 1. SEM изображения исходных волокон (а) и волокон с TiCaPCON покрытиями, нанесенными при разных величинах тока магнетрона: 2,5А (b), 2А (c) и 1,5А (d). При токе магнетрона 2,5А структура нарушается (b). Структура волокон (c, d) не нарушена.

Эксперименты in vitro в среде, идентичной по составу плазме крови человека, показали, что адгезия и деление остеобластов (клеток костной ткани) на волокнах PCL-TiCaPCON существенно лучше, чем на немодифицированных PCL. Скорость деления повышается в 3-4 раза (рис. 2). Важно, что в организме пациента волокна будут постепенно разлагаться, и в кости останется только новая костная ткань.

Изображение
Рис. 2. Деление остеобластов на поверхности
стекла, на пленке TiCaPCON, осажденной на
Si подложку, на исходных волокнах (PCL) и на
волокнах с покрытием (PCL-TiCaPCON).

Предложенный метод довольно простой, синтез нанокомпозитов путем магнетронного нанесения покрытий легко масштабировать. Авторы [1] считают, что их результаты открывают новые возможности создания полимерных биоразлагаемых материалов для биоинженерии костной ткани. В перспективе такие материалы позволят отказаться от пересадки костного мозга.

Другой вариант каркаса для восстановления костной ткани – аэрогель на основе нанокристаллов целлюлозы (CNC) – предложили канадские исследователи [2]. Нанокристаллы получили путем кислотного гидролиза хлопковой целлюлозы (S-CNC – при использовании серной кислоты, P-CNC – при использовании фосфорной кислоты). Последующее химическое модифицирование поверхности (добавление альдегидных и гидразидных функциональных групп) позволило сформировать поперечные сшивки между CNC. Из этих материалов синтезировали пористые, похожие на губку аэрогели, сохраняющие свою структуру в водной среде и способные к восстановлению формы. Оба типа аэрогелей состоят из “сшитых” нанопористых пластинок (хлопьев) CNC, разделенных макропорами (10-950 мкм) (рис. 3). Плотность аэрогелей 10 мг/см3 для S-CNC и 19 мг/см3 для P-CNC; удельная поверхность – 190 и 130 м2/г для S-CNC и P-CNC, соответственно.

Изображение
Рис. 3. SEM изображения сечений образцов аэрогелей: a – S-CNC, b – P-CNC. Нанопористая структура пластинок показана на врезках с бόльшим увеличением.

Полученные аэрогели, по мнению авторов [2], являются идеальными каркасами для биоинженерии костной ткани. Они нетоксичны, имеют в своей структуре макропоры, необходимые для миграции костных клеток, их высокая удельная поверхность способствует адгезии и делению клеток. Анионные группы на поверхности CNC служат центрами формирования гидроксиапатита. Способность к многократному сжатию и восстановлению формы позволяет без зазоров заполнять аэрогелями дефекты кости.

Не только эксперименты in vitro, но и впервые проведенные эксперименты in vivo на крысах подтвердили эффективность новых материалов. В экспериментах in vivo аэрогель имплантировали в искусственно созданный дефект кости черепа крысы (диаметр дефекта 2 мм, глубина 1.5 мм). Гистологический анализ и измерение объема кости с помощью рентгеновской микротомографии показали, что аэрогель существенно усиливает регенерацию кости в живой ткани. Через 3 недели увеличение объема кости в дефекте c аэрогелем было на 33% больше, чем для контрольного опыта (незаполненный дефект), а через 12 недель – на 50% больше. При этом у контрольных экземпляров крыс рост кости наблюдали только у стенок дефекта, тогда как аэрогель обеспечил образование новой костной ткани и у стенок, и во многих местах в центре дефекта.

В целом, результаты показали, что модифицированные нанокристаллы природной целлюлозы могут служить основой эффективных аэрогельных материалов для регенерации костей. В дальнейшем исследователи планируют изучить механизмы деградации CNC аэрогелей in vivo.

О.Алексеева

1. A.Manakhov et al., Appl. Surf. Sci. 479, 796 (2019).

2. D.A.Osorio et al., Acta Biomaterialia 87, 152 (2019).
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»