Группа ученых из Института интеллектуальных систем им. Макса Планка (Германия) добавила бактериям кишечной палочки искусственные компоненты, чтобы создать биогибридных микророботов. Такие биоботы помогут доставлять лекарства непосредственно к месту опухоли, сообщает пресс-служба института.
Подробно разработка описана в журнале Science Advances.
Команда прикрепила к каждой бактерии несколько нанолипосом – крохотных везикул сферической формы. По внешнему кругу они несут материал (ICG, зеленые частицы), который плавится под ближним инфракрасным светом. Ближе к середине, внутри ядра, липосомы инкапсулируют молекулы водорастворимых химиотерапевтических препаратов (DOX).
Второй компонент, который исследователи прикрепили к бактерии, — это магнитные наночастицы. При воздействии магнитного поля частицы оксида железа служат дополнительным усилителем для этого и без того очень подвижного микроорганизма. Липосомы и магнитные частицы связываются с бактерией «веревкой», которая представляет собой очень стабильный и трудно разрушаемый комплекс из белка стрептавидина и биотина, разработанный несколькими годами ранее.
Бактерии E. coli — быстрые и универсальные пловцы, которые могут перемещаться как в жидкостях, как и в очень вязких тканях. Кроме того, они обладают высокоразвитыми сенсорными возможностями. Бактерии «привлекают» химические градиенты, такие как низкий уровень кислорода или высокая кислотность, которые преобладают вблизи опухолевой ткани.
Эксперименты показали, что микророботы на основе E. coli могут пробраться через среду с высокой плотностью – как опухолевая ткань – и достичь цели. Сначала ученые провели их через Г-образный узкий канал с двумя отсеками на каждом конце, по одному опухолевому сфероиду в каждом. А после – через еще более узкую структуру, напоминающую крошечные кровеносные сосуды.
Они добавили дополнительный постоянный магнит с одной стороны. С его помощью ученые смогли точно направлять микророботов, нагруженных лекарством, к опухолевым сфероидам. Далее команда провела микророботов через вязкий коллагеновый гель (напоминающий опухолевую ткань) с тремя уровнями жесткости и пористости, от мягкого до среднего и жесткого. Чем жестче коллаген, чем плотнее паутина белковых нитей – и тем труднее бактериям найти путь через матрикс. Но, как только добавляется магнитное поле, бактериям удается пройти весь путь до другого конца геля.
Когда микророботы собираются в нужной точке (сфероиде опухоли), лазер ближнего инфракрасного диапазона генерирует лучи с температурой до 55 градусов по Цельсию – и липосома плавится. В результате высвобождаются заключенные в липосоме лекарства. Низкий уровень pH или кислая среда также вызывают разрыв нанолипосом, поэтому лекарства автоматически высвобождаются рядом с опухолью.
Доставка лекарства с помощью подобных биороботов к месту опухоли была бы минимально инвазивной для пациента и безболезненной. Действие лекарств проявлялось бы там, где это необходимо, а не по всему организму, отмечают авторы работы.
Источник: https://scientificrussia.ru

Китайские исследователи научились управлять с помощью лазера нейтрофилами крови. Они попробовали манипулировать такими клетками, которые назвали «нейтроботами», в хвостах рыбок данио. Обычные нейтрофилы заставляли двигаться против кровотока, проникать через стенку сосудов, перемещать и поглощать объекты и взаимодействовать друг с другом.
Микроботов предполагается использовать в медицине, например, для таргетной доставки лекарств или уничтожения патогенов. Однако большая часть устройств, которые сейчас разрабатываются в лабораториях, сделаны из синтетических материалов и вызывают иммунную реакцию. Ученые из Китая попытались обойти эту проблему: они не стали строить синтетических микроботов, а нашли способ in vivo контролировать нейтрофилы, уже знакомые организму. Нейтрофилы — наиболее многочисленная группа лимфоцитов, они могут проникать через стенки сосудов, поглощать чужеродные включения и поврежденные клетки.
Ранее исследователи уже превращали нейтрофилы в «нейтроботов»: направляли и перемещали их в лабораторных чашках с помощью сильно сфокусированных лазерных лучей (оптического пинцета). В новом исследовании команда попробовала управлять световыми нейтроботами в хвостах живых рыбок данио. Исследователи меняли положение нейтрофила с высокой точностью, вызывали их направленное движение, вращение и динамическую деформацию. Управляемые светом микроботы двигались со скоростью 1,3 мкм/с — в три раза быстрее, чем обычный нейтрофил.
Путем циклического растяжения нейтрофила двумя лазерными лучами авторы смогли индуцировать образование псевдоподии (ложноножки) в заданном направлении, тем самым переключая нейтрофил в состояние активации. Оптическая сила может способствовать миграции активированных нейтрофилов через биологические барьеры, например, через стенку сосуда. Нейтрофил при этом сохраняет свои биологические функции и может быть модифицирован для доставки лекарств.
В сосудах хвоста рыбки данио ученые направляли активированных нейтроботов как по кровотоку, так и против него. Также они переместили нейтроботов через стенку кровеносного сосуда в окружающие ткани и заставили их связать и транспортировать пластиковую наночастицу. А когда нейтробот столкнулся с остатками лопнувших эритроцитов, он поглотил их.
С помощью лазеров можно одновременно манипулировать несколькими нейтрофилами и упорядочивать их. Так, например, авторы расположили три нейтрофила в вершинах прямоугольного треугольника, а затем скорректировали его до равнобедренного треугольника. Кроме того, ученым удалось смодулировать межклеточную связь между двумя нейтрофилами.
Авторы считают, что нейтроботы под лазерным управлением однажды можно будет использовать для решения сложных медицинских задач.
Источник: https://pcr.news/

На фото — лазерносформированный имитирующий структуру костной ткани титановый рельеф «Остеон» с прикрепленными к нему стволовыми клетками. Ученые работают над улучшением приживаемости дентальных имплантатов, применяющихся в стоматологии.
С конца 80-х годов прошлого века известно, что шероховатость поверхности, с которой взаимодействуют клетки, способствует остеоинтеграции (приживаемости) медицинских имплантатов. Современные научные исследования направлены на изучение влияния геометрической структуры различных поверхностей на поведение живых клеток.
Группа ученых из международной научной лаборатории лазерных микро- и нанотехнологий Университета ИТМО разработала лазерный метод формирования микро- и наногеометрии поверхности титановых дентальных имплантатов для улучшения их совместимости с живыми клетками. С помощью лазерного воздействия ученые создают рельеф поверхности, имитирующий структуру компактной костной ткани. Сейчас проходит стадия детального in vitro исследования биоинтеграции стволовых клеток на лазерно-модифицированных поверхностях. Сотрудникам лаборатории уже удалось доказать, что количество и качество отростков, форма клеток и их способность закрепления на поверхности зависят от периода и глубины остеонных структур.
Ученые уверены, что дентальные имплантаты с особой микрогеометрией поверхности будут быстрее и эффективнее срастаться с костью, что повысит качество и вероятность успеха дентальной имплантации.
Источник: https://news.itmo.ru/

Инженеры разработали гибкий фотодетектор, который может фиксировать излучение от ультрафиолетового до инфракрасного спектра. Технология, которую можно использовать для создания кожи роботов, описана в журнале Advanced Materials Technology.
Исследователи из Университета Глазго разработали метод печати крошечных полупроводников из арсенида галлия на гибкой пластиковой поверхности. Созданный фотодетектор по производительности не уступает популярным твердым аналогам и может использоваться в робототехнике.
Арсенид галлия широко применяется в высокопроизводительной электронике. Но, как правило, такие устройства устанавливаются на твердой подложке. В своей работе исследователи адаптировали разработанную ранее систему рулонной печати кремниевых полупроводников для нанесения электроники из арсенида галлия на гибкую поверхность с использованием массивов проводов шириной 15 мкм.
Созданный гибкий фотодетектор может фиксировать свет от ультрафиолетового диапазона через видимую часть спектра до инфракрасного. При этом устройство работает при низком рабочем напряжении 1 В. Авторы технологии отмечают, что система способна очень быстро реагировать на свет: всего 2,5 мс требуется для измерения света и 8 мс для восстановления.
Чтобы проверить надежность системы, ученые подвергли материал строгим испытаниям на машине, которая сгибала и скручивала его сотни раз. В результате эксперимента из 500 циклов материал не продемонстрировал существенной потери характеристик.
В будущем этот тип светочувствительного гибкого материала может наделить роботов новыми возможностями. Например, механические руки, используемые для производства в светочувствительных средах, могут обнаруживать, когда условия меняются и безопасность или эффективность их работы подвергается риску, – Равиндер Дахия, профессор Инженерной школы Джеймса Ватта Университета Глазго, соавтор исследования.
Инженеры полагают, что новый фотодетектор также может пригодиться в беспроводной связи и для создания носимого пластыря, который люди могли бы использовать для контроля воздействия ультрафиолетового света в солнечные дни.
Источник: https://www.nanonewsnet.ru/

Ученым из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН удалось «сварить» патогенные бактерии — золотистый стафилококк и синегнойную палочку — с помощью лазера среднего инфракрасного диапазона. Эксперимент показал, что свет этой длины волны разрывает водородные связи в молекулах белков и нуклеиновых кислот, так что бактерия теряет активность и способность к размножению.
Этот способ обеззараживания может стать удобным вариантом для быстрой бесконтактной стерилизации продуктов, дезинфекции в больницах и на пищевых производствах, а в перспективе, возможно, позволит создать портативный световой обеззараживатель.
«Мы показали, как на практике воздействует на бактерии лазерное излучение среднего инфракрасного диапазона с длинами волны три и шесть микрометров. Выяснилось, что при этом в клетке возникают резонансные колебания молекулярных связей в основных элементах структуры клетки: в C-N связях белков и нуклеиновых кислот при воздействии излучением с длиной волны шесть микрон и C-H связей углеродного скелета – под действием излучения три микрона», — говорит сотрудник лаборатории лазерной нанофизики и биомедицины ФИАН Светлана Шелыгина.
Широкое применение антибиотиков привело к тому, что сегодня в мире растет доля микроорганизмов, устойчивых к ним. Антибактериальные средства становятся все менее эффективными, поэтому становится актуальным поиск «физических» методов обеззараживания, решающих проблему резистентности микроорганизмов без применения токсичных химических средств.
Химические дезинфицирующие средства разрушают надструктуру белков и других основных компонентов клеточной оболочки, нарушая клеточный метаболизм, но они могут быть токсичными и для человека. Обработка ультрафиолетом ведет к фотолитическому или фотохимическому повреждению молекул клеток: УФ-облучение разрушает ДНК путем прямого воздействия или благодаря образованию димеров циклобутана и пиримидин-(6–4)-пиримидиновых фотопродуктов. Таким образом, оно вызывает мутации ДНК и инактивирует микроорганизмы.
Однако ультрафиолет оказывает разрушительное действие и на ДНК клеток млекопитающих и может спровоцировать развитие меланомы. Кроме того, некоторые виды бактерий способны «чинить» ДНК путем экспрессии фермента ДНК-фотолиазы, который сводит к нулю воздействие ультрафиолета. Поэтому эти два традиционные средства нельзя применять повсеместно, и ученые изучают другие диапазоны длин волн.
Большой интерес представляет именно средний инфракрасный диапазон, поскольку такое излучение избирательно вызывают колебания молекулярных связей жизненно важных структур микроорганизмов. Ученые уже не раз демонстрировали пагубное воздействие среднего ИК-излучения на микроорганизмы от источников тепла, например инфракрасных ламп, при температуре свыше 1000 градусов. Применение лазерных источников для этих целей может быть очень эффективным благодаря высокой интенсивности лазерного излучения, использующего только нужную для воздействия длину волны.
В ходе исследования ученые помещали бактерии культур золотистого стафилококка и синегнойной палочки на подложку из фторида кальция толщиной 1 миллиметр и облучали фемтосекундными лазерными импульсами среднего ИК-диапазона с длиной волны 3 и 6 микрон. Эти длины волн соответствуют частотам колебаний амидных групп белков и нуклеиновых кислот (6 микрон) и С-H колебаний углеродного скелета, наиболее распространенной связи для всех биополимеров (3 микрона).
Длительность импульса составляла 130 фемтосекунд, энергия импульса — до 4 микроджоулей, а частота — 1 килогерц. Затем ученые получали динамические спектры оптической плотности излучения бактерий. Для обеих бактериальных культур спектры показали синий спектральный сдвиг и просветление образцов в спектральном диапазоне характерных колебаний связей С-N и C-H. С-N связи входят в состав белков и нуклеиновых кислот, тогда как C-H связи являются наиболее распространенными связями во всех биополимерах и относительно равномерно распределены по всему объему бактериальной клетки.
«В спектрах при разрыве водородных связей наблюдается сдвиг полос в сторону более коротких длин волн. Это обычное явление, причем не только в бактериальных клетках. Наличие синего сдвига говорит о том, что внутри бактерии рвутся водородные связи. Таким образом меняется вторичная и третичная структура белков, происходит денатурация. Одновременно мы наблюдали падение числа колониеобразующих единиц до нуля», — говорит Светлана Шелыгина.
Таким образом, облучение инактивирует микроорганизмы, разрушая жизненно важные структурные единицы бактериальной клетки: ДНК, РНК, белки и клеточную стенку. Белки в бактериях наиболее сильно подвергаются облучению, что приводит к их денатурации. Наблюдаемое динамическое ИК-лазерное просветление бактериальных культур указывает на возможность доставки излучения на большую глубину, что, как предполагают ученые, позволит применять среднее ИК-излучение для лечения злокачественных опухолей. В перспективе ученые хотят создать портативный ИК-обеззараживатель, но для этого требуется достаточно мощный компактный лазерный источник.
Такую технологию можно было бы использовать в пищевой промышленности для бесконтактной дезинфекции продуктов через прозрачную упаковку, помещений и инструментов, в медицине для стерилизации инструмента и обработки ран, причем даже глубоких, так как излучение среднего ИК-спектра не обладает мутагенными свойствами. Возможно, когда-нибудь у каждого из нас будет свой портативный ИК-обеззараживатель, с помощью которого можно будет быстро стерилизовать любую поверхность.
Основные результаты опубликованы в журнале Biomedical Optics Express (показана антибактериальная активность излучения, проведено микробиологическое исследование образцов), в Laser Physics Letters и «Письмах в ЖЭТФ (исследованы динамические спектры пропускания лазерных импульсов слоем бактерий, для которых наблюдался «синий сдвиг» спектра лазерного импульса для образца с нанесенным слоем бактерий относительно образца без бактерий, который связан с разрывом водородных связей, отвечающих за разрушение вторичной и третичной структуры белков и нуклеиновых кислот).
Источник: https://scientificrussia.ru/

Катаракта — одно из самых распространенных глазных заболеваний, на которое, по данным ВОЗ, до трети всех случаев нарушения зрения. Методы лечения катаракты известны хорошо, но многие пациенты сталкиваются с тем, что они могут быть травматичны. Ученые из Университета ИТМО и Межотраслевого научно-технического комплекса «Микрохирургия глаза» (Центр Фёдорова) более 20 лет работали над тем, чтобы снизить побочные эффекты от операций по экстракции катаракты. Результатом стала технология, в которой лазер одновременно используется для разрушения катарактального хрусталика глаза и для стимуляции заживления окружающих тканей. Полностью описали свой метод ученые в в журнале Optical and Quantum Electronics.
«Методы лечения этого заболевания хирургические, то есть удаляется помутневший хрусталик глаза и на его место вставляется искусственный, представляющий собой сапфировую или пластиковую линзу, — комментирует профессор Университета ИТМО, руководитель магистерской программы «» Андрей Беликов. — Разрушение хрусталика происходит либо с помощью ультразвука, либо с помощью лазера. При использовании лазера специальный наконечник помещается в переднюю камеру глаза вплотную к хрусталику, лазерный луч разрушает хрусталик на мелкие фрагменты, которые потом удаляются. На освободившееся место устанавливается искусственный хрусталик. Проблема в том, что любое воздействие травмирует окружающие ткани и их восстановление не всегда идет по оптимальной траектории».
Два лазера вместо одного
Последние десятилетия ученые активно работают над тем, чтобы снизить травматичность операций по замене хрусталика. В 1997 году исследователи Университета ИТМО и центра Федорова, а также ряда других научных институтов начали экспериментировать с использованием лазерного излучения для разрушения катаракты. Изначально один, более мощный лазер, должен был разрушать хрусталик, а менее мощный — подсвечивать операционное поле, чтобы сделать мощное воздействие как можно более удобным и более точным.
Однако со временем врачи обратили внимание на то, что менее мощный лазер, который светит в красном спектре, может не только подсветить операционное поле, но и стимулировать поврежденные клетки к самовосстановлению. После этого начались долгие эксперименты, имевшие своей целью найти оптимальный способ взаимодействия сильного разрушающего луча и слабого красного лазера.
«Пробовались разные конфигурации: сначала воздействовали низкоинтенсивным лазерным излучением, а потом разрушали хрусталик, либо сначала разрушали хрусталик, а потом, спустя какое-то время, использовали низкоинтенсивный лазер для стимуляции восстановления», — рассказывает Андрей Беликов.
Разрушать и заживлять одновременно
Оптимальным решением оказалось одновременное использование двух лазеров. Эта идея потребовала скрупулезной работы инженеров-оптиков, поскольку в глаз нежелательно входить двумя инструментами сразу, необходимо одновременно пустить по одному оптоволокну излучение двух лазеров.
«Одновременное воздействие двух лазеров хорошо тем, что в процессе силового воздействия возникают клетки, которые повреждены, но не полностью разрушены, — поясняет Беликов. — Очень важно сразу стимулировать их регенерацию. Именно после такого воздействия процесс восстановления глаза происходит в наиболее благоприятных условиях».
На протяжении нескольких лет шла апробация различных сочетаний и мощностей лазеров. В конечном счете ученые остановились на силовом лазере, работающем на длине волны 1,44 микрометра и заживляющем пучке на длине волны 0,63 микрометра. При этом для каждого конкретного случая компьютер сам подбирает соотношения и время работы обоих лазеров. Результаты этих исследований описаны в статье в журнале Optical and Quantum Electronics.
«Очень важно понять, как все работает, физически и клинически обосновать, дать научное объяснение происходящего, оптимизировать воздействие. Именно это и сделано в нашей публикации», — объясняет Андрей Беликов.
Сегодня метод уже внедрен в работу клиники «Микрохирургия глаза» и практически все операции по лазерному удалению катаракты проводятся с использованием двух лазеров. Клинически установлено, что при использовании нового метода в отдаленном периоде потеря клеток эндотелия роговицы уменьшается в 1.8 раза в сравнении с ультразвуковой факоэмульсификацией, а случаи макулярного отека сетчатки и эндотелиально-эпителиальной дистрофии роговицы не наблюдаются.
Источник: https://news.itmo.ru/

Ученые представили усовершенствованную магнитоэнцефалогафию, которая сегодня применяется во время обследования после травмы головы, а также диагностики деменции, эпилепсии и других состояний. Их подход повышает точность оценки в 10 раз, а также позволяет разработать недорогой и портативный прибор нового поколения в ближайшие пять лет.
Магнитоэнцефалография (МЭГ) относится к очень чувствительным инструментам для оценки активности нейронов головного мозга за счет регистрации слабых магнитных полей. МЭГ широко применяется в медицинской практике, однако у технологии есть, как минимум, два существенных недостатка. Во-первых, это сложность и громоздкость оборудования. Во-вторых, стоимость и доступность такого обследования. Кроме того, МЭГ крайне чувствительна к движениям во время диагностики.
В качестве решения ученые из Германии и Австралии представили концепт простого и портативного устройства с использованием алмазного датчика на основе лазера, сообщается на сайте Мельбурнского королевского технологического института. Прорыв технологии в том, что для регистрации магнитных полей датчик собирает весь отражаемый от квантовых дефектов в алмазе свет, а не его небольшое количество, как это происходит сейчас. Это уже позволило повысить точность в 10 раз, подчеркивают авторы.
По планам разработчиков, прототип нового прибора будет готов в течение пяти лет. Новый МЭГ будет портативным, простым в использовании и не чувствительным к движениям пациента во время процедуры. Прибор планируют применять для диагностики и прогрессирования различных заболеваний: деменции на ранней стадии, эпилепсии, постинсультного состояния, травм головы и других.
Источник: https://hightech.plus/

Стратегии соединения волокон для фотонных интегральных схем (PIC) обычно разрабатываются с использованием клеев. Однако этот метод соединения может привести к ухудшению оптических характеристик в долгосрочной перспективе и, следовательно, к потерям оптической передачи, что является фатальным в таких приложениях, как медицинские технологии и науки о жизни.
В рамках проекта Eurostars «PICWeld» исследователи и партнеры Fraunhofer IZM разработали бесклеевой, компактный и надежный процесс лазерной сварки для крепления оптических волокон к PIC. Интеграция процесса в автоматизированную систему выравнивания доказала свою промышленную зрелость, что делает метод соединения стекла со стеклом чрезвычайно привлекательным для коммерческого использования. Давно известно, что на биохимические процессы , начиная от функционирования органов и заканчивая регулированием температуры и выработкой гормонов, большое влияние оказывает свет.
Исследования света и тела в настоящее время значительно продвинулись вперед, и новые дисциплины, такие как науки о жизни и биофотоника, решают проблемы на стыке естественных наук и медицины. Таким образом, высокоточные комплексные измерения могут использоваться для получения информации о том, как свет взаимодействует с веществом, например, путем изучения структуры клеток и тканей, связанных с раком. Но проникнуть в эти самые сокровенные биологические секреты — задача не из легких: недавно миниатюрные системы на основе PIC с высокостабильными соединениями волокон были предложены как способ понять роль видимого света в биологических процессах . Именно здесь Институт надежности и микроинтеграции Фраунгофера IZM выступил с исследовательским проектом «PICWeld», разработав совершенно новый процесс лазерной сварки, который можно использовать для присоединения оптических волокон непосредственно к PIC на основе подложек из плавленого кварцевого стекла.
С помощью своего партнера ficonTEC Service GmbH этот процесс был реализован в автоматизированной системе, обеспечивающей высокую воспроизводимость и масштабируемость. Исследовательская группа под руководством доктора Алетеи Ванессы Саморы Гомес поставила перед собой задачу разработать более простые, прочные и долговечные соединения стекло-стекло. Такие соединения уже используются в мире специализированной оптики, но традиционные решения имеют существенный недостаток: в большинстве случаев дискретные оптические компоненты соединяются с помощью клея. Мягкость клея может привести к изменению положения компонента с течением времени, а также создать точку взаимодействия между двумя слоями стекла, что может привести к затуханию сигнала и стать хрупким по мере старения клея. Поэтому долгосрочная стабильность часто имеет решающее значение.
Чтобы обойти эти недостатки метода соединения, исследователи разработали процесс CO2-лазерная сварка, впервые создающая прямое, термически прочное и прозрачное соединение стекло-стекло. Но для того, чтобы выйти за рамки экспериментальной лазерной сварки для получения надежных соединений плавленого кварцевого стекла и сделать технологию на шаг ближе к индустриализации и высокой масштабируемости, была разработана и изготовлена совершенно новая автоматизированная технологическая система. Полученная система обеспечивает бесклеевой интерфейс и высокоэффективное соединение сварных оптоволоконных PIC, которые включают встроенные волноводы. Но прежде чем соединения были готовы к применению, исследователям пришлось преодолеть ряд технологических проблем.
Поскольку стеклянные волокна и подложки имеют разные объемы, теплоемкости двух соединяемых частей также неодинаковы. Это несоответствие приводит к очень разным характеристикам нагрева и охлаждения, что может привести, например, к деформации и трещинам во время охлаждения. Решение экспертов в области фотоники состояло в том, чтобы равномерно нагреть подложку с помощью отдельного, индивидуально регулируемого лазера, чтобы фаза плавления волокна и подложки достигалась одновременно. Система, которая оснащена тепловым контролем процесса до 1300 ° C, системой позиционирования с точностью до 1 мкм, процессами распознавания изображений и программным обеспечением управления, использовалась для сварки первых соединений в ходе проекта, что позволило расширить ее функциональность. должны быть проведены испытания и первоначальные измерения, ориентированные на технологический процесс.
Сразу после завершения PICWeld в 2021 году были запущены первые последующие проекты, в которых новая технология использовалась для оптоволоконной связи коллиматоров, волноводных чипов и многолинзовых матриц. «С нашей системой лазерной сварки CO2 мы расширили процесс, лежащий в основе существующего принципа: в частности, высокий потенциал автоматизации позволяет клиентам использовать PIC с максимальной эффективностью соединения. Промышленная интеграция означает скачок вперед в областях, в которых может применяться биофотоника, но также и для квантовой связи и высокопроизводительной фотоники», — объясняет руководитель проекта Fraunhofer IZM доктор Алетея Ванесса Самора Гомес.
Источник: https://android-robot.com/

Ученые Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» предложили метод 3D-печати магнитотвердыми материалами, позволяющий создавать магниты с контролируемыми свойствами, сообщает пресс-служба вуза. В перспективе метод позволит упростить, удешевить и ускорить производство постоянных магнитов сложной формы для различных приборов и устройств — от бытовой техники до высокотехнологичной электроники.
Постоянные магниты сохраняют магнитную силу продолжительное время. Самые популярные из них — на основе неодима, железа и бора — за счет своих исключительных свойств используются в самых разных отраслях и устройствах: в производстве современных электродвигателей, генераторов, бытовой техники, электроники, жестких дисков компьютеров и многого другого.
Промышленное производство таких магнитов — это множество сложных технологических процессов (выплавка, дробление, прессование, спекание, механическая обработка, намагничивание и последующее нанесение защитного покрытия), имеющих массу существенных ограничений. Одно из них — невозможность создания магнитов сложной формы, что существенно ограничивает их применение в технике.
Одним из наиболее перспективных способов создания деталей сложной формы из магнитотвердых материалов является 3D-печать, позволяющая исключать такие операции, как прессование, спекание и последующую механическую обработку с вытекающим сокращением технологических операций на 30%. На сегодняшний день технологии аддитивного производства магнитов еще только в начальной стадии развития. Поскольку магнитные свойства изделия зависят от его микро- и макроструктуры, исследователи и разработчики ищут методы, позволяющие печатать стабильные магниты с контролируемыми свойствами. Ученым НИТУ «МИСиС» удалось подобрать оптимальные параметры 3D-печати постоянных магнитов сложной формы методом селективного лазерного сплавления (SLM).
«3D-печать магнитов — совершенно новая область не только в нашей стране, но и в мире. В настоящее время научные коллективы, которые умеют печатать магниты, можно пересчитать по пальцам. Мы успешно движемся вперед, к разработке новых импортозамещающих технологий 3D-печати практически любого металломатричного мультиматериала, который можно изготовить в виде порошка и который имеет температуру плавления до 3500°C», — рассказал руководитель лаборатории «Катализ углеводородов» НИТУ «МИСиС» Александр Громов.
Расходным материалом послужил порошок с частицами сферической формы на основе неодима, железа и бора с незначительным содержанием празеодима, кобальта, титана и циркония. Установлено, что при 3D-печати на стальной подложке мощность лазера 150-200 Вт и скорость сканирования 300-700 мм/с обеспечивают оптимальные условия производства магнитов с минимальным количеством структурных дефектов. При этом время синтеза сократилось более чем в три раза по сравнению с традиционной промышленной технологией спекания.
Работа исследователей пока носит лабораторный характер, но в будущем предложенный метод может стать основой для технологий получения эффективных постоянных магнитов любой геометрической формы.
SLM 3D-принтер российской компании AddSol
Исследование выполнено в рамках гранта РНФ 21-79-10239 и опубликовано в журнале Materials Letters.
Источник: https://3dtoday.ru/

Ученые БГУ работают над созданием элементов терагерцового оптического оборудования на основе углеродных наноматериалов. Об этом БЕЛТА сообщили в пресс-службе вуза.
Такие устройства способны видеть сквозь непрозрачные объекты и используются в медицинской томографии, сканерах безопасности на транспорте и в других сферах. Поэтому терагерцовая оптика привлекает внимание ученых во всем мире.
В Беларуси данными разработками занимаются сотрудники НИИ ядерных проблем БГУ. Созданием элементов терагерцовой оптики они занимаются в составе международной коллаборации специалистов из России, Финляндии и Литвы. Коллектив предложил свою методику создания метаповерхностей для использования в терагерцовом диапазоне частот. Уже получены первые экспериментальные образцы оптических элементов, необходимых для создания высокотехнологичных спектрометров и терагерцовых сканеров. Пока работы ведутся в лабораториях, но прогнозы оптимистичны. Пробные модели не только функциональны, но и обладают легкостью и механической прочностью. На данный момент ведутся работы по созданию гибких метаструктур.
Как рассказал научный сотрудник НИИ ЯП БГУ Глеб Горохов, их группа для получения метаповерхности использует не металл, а массив многостенных углеродных нанотрубок. Они состоят из одного или нескольких вложенных друг в друга наподобие матрешки слоев углерода. Будучи в тысячи раз тоньше человеческого волоса, нанотрубки обладают огромной прочностью на разрыв и проводят электричество лучше металлов. Благодаря этому массив нанотрубок является одновременно легким и электропроводным. Периодическую структуру на массиве выжигают с помощью лазера. Чтобы придать ей механическую прочность и уменьшить отражающую способность, Глеб Горохов предложил покрыть метаповерхность диэлектрическим полимером. Такая идея стала инновационным шагом по достижению конечной цели в разработке новых материалов.
В вузе добавили, что научные результаты Глеба Горохова получили высокую оценку. В текущем году ученому присудили стипендию Президента Республики Беларусь за разработку методики получения метаповерхностей на основе упорядоченных массивов многостенных углеродных нанотрубок.
Источник: https://www.belta.by/

Ученые Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) разрабатывают уникальную технологию роста нелинейно-оптических кристаллов бета-бората бария (ВВО) по программе «Старт-2» Фонда содействия инновациям, сообщили «Интерфаксу» в пресс-службе вуза.
В пресс-службе отметил, что в СССР ученым уже удавалось получить кристаллы ВВО, но технология во многом была утрачена, и в настоящее время в России этот вид кристаллов не производится.
«Сотрудник кафедры электронных приборов ТУСУРа Константин Мельник, его компания и сотрудники вуза, фактически, разрабатывают новую уникальную технологию роста создания таких кристаллов. Особенность решения, которое применяется для получения кристаллов учеными — новая ростовая установка, а также подбор уникальных химических составов, которые позволят получать материал высокого качества», — сообщили в вузе.
По словам Мельника, кристаллы бета-бората бария позволяют получить зеленый свет лазера, который широко применяется, в том числе, для облучения раковых клеток, проведения операций по коррекции зрения и других высокоточных медицинских манипуляций.
В настоящее время завершен экспериментальный этап разработки технологии роста кристаллов, однако качественно еще не отработан.
Следующим этапом работы ученых ТУСУРа станет достижение уровня промышленного производства нелинейно-оптических кристаллов и продукции на их основе.
Сейчас в производственном отделе функционирует одна установка роста кристаллов, а в отношении еще двух установок завершается процесс сборки и идет закупка основных комплектующих для процесса роста. В планах ученых довести проектную мощность компании до пяти установок роста кристаллов.
Источник: https://academia.interfax.ru/

Страница 1 из 24

© 2022 Лазерная ассоциация

Tout sur Kamagra ici https://www.kamelef.com/kamagra-ou-viagra.html.

Поиск