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  • 摘要:

    这项研究让我们更好地理解了不同的合成条件是如何生成具有独特多孔结构的二氧化锰的,为开发改性极好的二氧化锰纳米材料提供了线索,这些纳米材料可能在生物塑料的开发中起到催化剂的作用。

    材料工程已经发展到这样一个程度,每个人都关心材料的化学组成和纳米尺度上的结构。

    最近,纳米结构材料引起了许多领域科学家的极大兴趣,这是有原因的;只要能够定制纳米结构的技术可用,就可以对纳米结构材料的电学、光学和物理特性进行调整和驱动。

    二氧化锰的化学式是MnO2,是一种纳米结构的金属氧化物,能够形成几种不同的晶体结构。它被广泛应用于众多工程领域。

    其中,MnO2主要用作化学反应的催化剂,而羟基MnO2 (MnO2的特殊晶体结构)在将5-羟甲基糠醛氧化为2,5-呋喃甲酸(2,5-呋喃甲酸)或FDCA时是例外的。

    由于FDCA可用于制造生态友好型生物塑料,因此需要找到新的方法来调整mol / l -MnO2的纳米结构以提高其催化性能。

    但相对于其他晶体结构的MnO2来说,很难生成gh -MnO2。普遍的技术不仅复杂,而且需要使用模板材料。mo -MnO2在这些模板材料上“生长”,经过许多步骤生成所需的结构。

    现在,由东京理工大学Keigo Kamata教授领导的一个研究小组已经研究了一种不使用模板的方法来生产不同种类的多孔纳米微粒。

    研究人员的这项技术,在ACS应用材料和界面杂志上发表了详细的研究,非常简单和容易。锰的前体最初是通过结合水溶液并让固体沉淀而获得的。

    一旦过滤和干燥程序完成,收集到的固体就被暴露在400℃的普通大气中,这个过程称为煅烧。在此过程中,该材料结晶,由此产生的黑色粉末是超过97%的多孔孔-MnO2。

    最重要的是,科学家们发现,当多孔的孔-MnO2被用作催化剂时,它比使用更广泛的技术(即所谓的“水热法”)合成的mh -MnO2更有效地产生FDCA。

    为了找出这背后的原因,研究人员研究了不同合成条件下产生的纳米粒子的光谱、显微镜和化学性质。

    研究小组发现,根据特定的参数,原子团mno2可以呈现出明显不同的形态。特别是,科学家可以通过简单地改变溶液的酸度(pH值)来获得具有巨大球形孔的二氧化锰纳米颗粒。这样的多孔结构具有更高的表面积,从而提供了更好的催化性能。

    卡玛塔对结果很兴奋。

    与水热法制备的纳米粒子相比,我们的多孔孔孔的纳米粒子可以有效催化羟甲基糠醛氧化成FDCA。进一步精细控制的结晶度和/或多孔结构的氧化石墨烯-MnO2可能导致发展更有效的氧化反应。

    来源机构: azo 纳米 | 点击量:282
  • 摘要:

    支撑多组分材料系统和设备功能的内部电场耦合到与这些系统中的界面相关的结构和组成不均匀性。硬X射线光电子能谱是有关带边缘轮廓的重要信息来源,其受内部电场,半导体薄膜内部和异质结内部分布的支配。但是,提取此信息需要将光谱的鲁棒性和物理意义分解为各个原子平面的贡献。我们提出了一种方法,该方法利用了内置静电势对势函数及其导数的深度和连续性的单调依赖的物理要求。这些限制条件使得能够有效提取带边缘轮廓,并允许捕获电子结构的详细信息,包括确定带弯曲的符号和幅度以及价带偏移。对于本征Si(001)上的外延\ hbox {SrTiO} _3,说明了此方法对复杂材料的电子结构产生定量了解的实用性。

    来源机构: 自然 | 点击量:213
  • 3   2020-08-05 用于COVID-19的地塞米松纳米药物 (编译服务:纳米科技)     
    摘要:

    纳米制剂地塞米松,并通过静脉内注射或吸入给药,可通过将强效皮质类固醇药物靶向过度活化的免疫细胞,增强其抗水肿活性并开发其抗氧化剂,来帮助提高抗COVID-19的治疗效果。 -纤维化作用。

    地塞米松是第一种在感染COVID-19的患者中具有挽救生命功效的药物。在全球最大的COVID-19治疗随机对照试验(RCT)中,即所谓的RECOVERY试验1,正在评估六种干预措施。除有效的抗炎皮质类固醇地塞米松外,还包括抗疟疾药物羟氯喹,抗生素阿奇霉素,抗艾滋病毒药物洛匹那韦-利托那韦,抗炎抗体托珠单抗和治愈患者的恢复期血浆。 RECOVERY试验的主要研究者发表的第一和第三份声明说,住院患者对羟氯喹和洛匹那韦-利托那韦没有临床益处1。第二份声明宣布,在需要机械通气的重症监护病房(ICU)的患者中,地塞米松(第1天6毫克;口服或静脉注射10天)可使COVID-19相关死亡人数减少35%1,2 。在接受氧气治疗的非通风患者中,死亡率降低了20%。此外,地塞米松治疗缩短了住院时间(地塞米松组为12天,标准护理为13天),并且在临床试验的28天之内出院的可能性更高(65%对61% )2。这些发现与最近发表的关于地塞米松在急性呼吸窘迫综合征中的功效的发现一致3,并有望对全球产生巨大影响。不仅因为地塞米松是第一种也是迄今为止唯一一种可显着提高COVID-19患者RCT生存率的药物,还因为地塞米松是一种非常著名和广泛使用的药物,这种药物被广泛使用并且非常便宜4。

    最初针对COVID-19的RCT的主要重点是抗病毒药物,例如瑞姆昔韦,但是很明显,许多严重的病例和死亡是由于免疫系统反应过度导致过度炎症和巨噬细胞引起的。激活综合征(MAS)。在这一点上重要的是要注意的是,RECOVERY试验的最新结果表明,在COVID-19感染后1周,患者的健康状况主要是由于免疫病理现象而不是病毒复制而使人虚弱2。过度炎症和MAS会导致促炎性细胞因子(如IL-1β,IL-6和TNF-α)的过量生产(即细胞因子风暴),以及导致患者器官衰竭和死亡的凝血异常5,6。认识到促炎细胞因子在COVID-19严重性和死亡率中的重要性,已提出高度特异性的抗细胞因子生物制剂作为重症患者的潜在治疗方法,包括抗REC-6抗体,包括在RECOVERY试验中。尽管我们都热切期待此RCT和其他正在进行的RCT的进一步宣布,但令人惊讶的是,一种广为人知的广谱细胞因子抑制剂药物比特定的抗细胞因子抗体便宜至少一百倍。首先展示了对COVID-19的拯救生命的功效。当然,地塞米松的作用机制远不止抑制细胞因子。但是在目前的适应症和情况下,我们还不能将疾病的进展和患者的死亡与特定的分子特征联系起来,因此这种广泛的作用机制实际上可能是有益的。特别是如果我们能够改善地塞米松向在COVID-19的急性和进行性阶段起关键作用的靶细胞和组织的递送。

    我们在这里建议将地塞米松制成纳米制剂,以改善对COVID-19并发症的处理。在临床前阶段,已经使用地塞米松纳米药物成功治疗了几种不同的疾病,包括例如类风湿性关节炎,炎性肠病,多发性硬化症,肝纤维化,伤口愈合和癌症7,8,9,10,11,12。就癌症而言,地塞米松脂质体已在同基因和异种移植小鼠模型中显示出有希望的功效,尤其是在多发性骨髓瘤13中,在该疾病中,地塞米松长期以来一直是诱导和维持治疗的基础药物。在亚琛工业大学的大学医学中心,2017年针对进行性多发性骨髓瘤的患者启动了PEG化地塞米松脂质体的首次人体临床试验14。迄今为止获得的结果显示,直至40 mg(地塞米松当量)的剂量都具有良好的耐受性,并且是疗效的初步征兆。

    地塞米松纳米药物可用于治疗COVID-19的主张是基于广泛公认的观念,即静脉内给药和吸入后,纳米粒子会在巨噬细胞中有效积聚(图1)。在这种情况下,值得一提的是阿米卡星脂质体产品Arikayce,该产品于2019年被美国食品和药物管理局批准用于治疗鸟分枝杆菌复杂性肺部疾病。作为一种纳米药物制剂,Arikayce有效地靶向了细菌病原体所处的肺巨噬细胞,并且与游离的丁胺卡那霉素相比,它已被证明可以改善疾病治疗。按照同样的思路,当肺泡巨噬细胞作为干预COVID-19(亚)急性期的策略时,地塞米松脂质体的肺部递送可能优于游离地塞米松。另一方面,静脉内给药提供了使用脂质体和其他纳米药物制剂将地塞米松靶向富集吞噬细胞(如脾脏和骨髓)的髓样和淋巴样组织的可能性。此外,它还可以将有效的皮质类固醇药物有效且相对选择性地递送至炎症部位,在该部位血管渗漏且大量吞噬细胞已浸润,从而减弱促炎细胞因子,基质降解酶和其他信号分子的产生COVID-19中水肿形成和进行性组织损伤。在这方面,至关重要的是要赋予静脉注射的纳米药物以长循环行为(例如,通过PEG化),因为这会促进在病理部位浸润的炎性巨噬细胞中积累,同时避免被肝脏和脾脏居民快速捕获负责从血流中清除纳米药物制剂的巨噬细胞种群16。

    就全球影响和控制COVID-19疾病负担而言,地塞米松纳米药物远不及疫苗。然而,在许多情况下,地塞米松纳米药物可能有助于疾病的日常管理:

    (1)如上所述,纳米药物制剂可以帮助将有效的皮质类固醇药物靶向于肺,血液,髓样和淋巴组织中的炎症引发和繁殖吞噬细胞。这有助于更好地控制MAS和细胞因子风暴,这与COVID-19相关的死亡5有关。结果,与使用游离药物治疗相比,接受通气或氧疗的危重病人有望更快,更有效地康复。

    (2)地塞米松是一种高活性的抗水肿剂。其强大的抗肿胀特性有助于其在多种不同疾病(包括高级炎症性疾病和胶质母细胞瘤)中的作用机理,并且据推测也有助于其在COVID-19中的活性。纳米配方地塞米松可以通过在肺部发炎的部分中高度活化的免疫细胞群中随着时间的推移增加药物的利用率和药物活性来进一步增强这种作用。地塞米松纳米药物制剂还可以帮助患者从医院出院后的几天和几周保持抗炎和抗水肿药物的活性。

    (3)地塞米松是一种高效的抗纤维化剂。在各种不同疾病模型中进行的多项临床前研究表明,地塞米松的抗纤维化作用可通过将其重新配制为纳米药物制剂来增强7、8、9、10、11、12。在这种情况下,地塞米松纳米药物已显示对于预防纤维化特别有用。由于肺纤维化最近已成为COVID-19长期随访管理中的关键并发症(尤其是在长时间通气的患者中)17,因此吸入或静脉注射地塞米松纳米药物可满足紧急医疗要求在此级别的COVID-19管理中也需要。

    当现实地反思地塞米松纳米药物在治疗COVID-19中的潜力时,金钱和时间是需要考虑的关键问题。地塞米松是一种已经广泛使用且非常便宜的药物,事实证明它具有COVID-19的挽救生命的能力,从而大大提高了基于地塞米松的任何新型纳米药物的门槛。地塞米松纳米药物产品显然在组成和制造方面需要更高的复杂性,并且必须首先进行临床测试并进行注册,然后才能在市场上出售,该产品每次治疗至少要收取100美元的费用。使它在经济上可行。我们认为,这里的关键任务是精心设计纳米药物产品的临床研究,以明确证明其实际附加值。如果使用纳米药物制剂在COVID-19患者中靶向地塞米松分娩能够带来更好的结果,例如减少患者需要机械通气和/或需要昂贵的ICU住院天数18,19,那么这已经是巨大的收益可以轻松抵消纳米药物更高的复杂性和成本。如果在这些临床研究中,地塞米松纳米药物在改善危重患者的生存方面也能胜过免费药物,那么那将是世界范围内抗COVID-19的又一次重大飞跃。

    来源机构: 自然 | 点击量:231
  • 摘要:

    斯坦福大学(stanford)牵头的一篇新论文称,就像传说中掉落的苹果砸向艾萨克•牛顿(Isaac Newton)一样,COVID-19可能会让人们意外地一瞥复杂的地球系统是如何运作的。这个观点发表在7月29日的《自然评论地球和环境》上,假设了全球保护令造成的人类活动前所未有的变化的结果,并概述了理解其短期和长期影响的研究优先事项。这组科学家说,正确的方法可能会彻底改变我们对温室气体排放、区域空气质量以及全球经济与贫困、粮食安全和森林砍伐的关系等广泛问题的看法。它还可以帮助确保从冠状病毒大流行中实现经济、社会和环境上的可持续复苏,同时帮助预防未来的危机。

    “没有分心从最重要的优先级——这显然是人们和社区的健康和福祉——当前宽松的人类足迹提供了一个独特的窗口到人类对环境的影响,包括一些有效的公共政策的关键问题,“Noah Diffenbaugh说作者卡拉J基金会地球斯坦福学院的教授,能源和环境科学。

    例如,电动车在多大程度上改善空气质量的问题,到目前为止主要依赖于理论论证和计算机模型。然而,最近的减排规模提供了一个机会,可以利用大气观测来检查这些模型在模拟减少污染的干预措施(如电动汽车激励措施)的影响方面有多准确。

    预测流行病的结果

    研究人员指出,尽管COVID庇护的许多最初影响,比如污染物排放减少导致的晴朗天空,可能被认为对环境有益,但长期影响——尤其是与经济衰退相关的影响——并不明显。为了理解短期和长期的影响,他们建议关注两种途径的连锁效应:(1)能源、排放、气候和空气质量;贫困、全球化、粮食和生物多样性。

    考虑到这些途径中复杂的相互作用,研究人员强调需要一些技术,可以将多种证据集合起来,以揭示原因和结果。这包括支持和扩大研究大流行影响的协调努力,包括安全部署可跟踪变化条件的环境传感器,模拟地球对庇护措施的反应的计算机模型,以及有助于深入了解人类行为和决策的面向解决方案的研究试验。作者还呼吁建立一个协调的数据存储库,使许多不同类型的数据能够以统一的格式向公众公开。

    全世界“几乎在一夜之间,人们不得不改变他们的生活方式,他们的工作方式——与许多面临收入损失的通勤,购买食物,教育他们的孩子和其他能源消耗的行为,“说Ines代理副教授在斯坦福大学能源工程学院的地球,能源和环境科学。“对我们来说,更好地理解未来的社会混乱和灾难会如何影响能源系统和其他服务于社会的系统之间的相互作用是至关重要的。”

    理解人类的反应

    理解大流行的影响如何发挥作用的一个关键因素是它对人类行为和决策的影响。

    “人类行为导致,但也受到影响,地球系统的变化,和COVID-19为确保人们创造了新的挑战,企业采取行动保护地球,”作者玛格丽特•李维说:主任萨拉·米勒McCune的斯坦福大学行为科学高级研究中心和政治科学教授。“虽然政府并不是这篇论文的中心焦点,但它阐明了法律、法规和投资在食品供应和食品工人的安全、排放控制以及地球及其居民健康的许多其他方面所发挥的作用。”

    这一流行病对气候和空气质量的一些最持久的影响可能是通过它对衡量个人和社会对不同环境权衡的价值的政策参数的计算提供的洞见而产生的。研究人员指出,COVID-19危机使这些权衡变得更加明确。这是因为政府、社区和个人正在作出历史性的决定,反映出对当前和未来消费的基本偏好,以及不同类型的经济活动与个人和集体风险之间的权衡。

    这些决策可以帮助量化环境决策中经常使用的参数(如因空气污染或与二氧化碳排放相关的气候变化而造成的人类生命损失)。随着这些更新后的参数被纳入实际的政策决策,它们将对影响气候和空气质量长期轨迹的法规产生持久影响。

    研究旨在防止社会环境破坏的政策干预措施——例如贫困在推动森林砍伐方面的作用——也可以帮助弱势群体应对COVID-19带来的贫困冲击,使他们更深入地了解贫困和环境退化之间的最紧密联系。研究人员建议,利用获得今年诺贝尔经济学奖的那种以解决方案为导向的研究试验,来研究诸如为自然资源保护费等干预措施是否能有效地防止森林砍伐、过度捕捞和其他环境破坏。

    “新冠肺炎给我们带来了上个世纪所面临的一些最大挑战,”论文的合著者克里斯·菲尔德(Chris Field)说。他是斯坦福伍兹环境研究所佩里L.麦卡蒂主任,也是从事跨学科环境研究的梅尔文和琼·莱恩教授。“每一个挑战都有学习的机会,这篇论文为拓展机会提供了一张地图。”

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:212
  • 5   2020-08-05 石墨烯如何应用于声学设备 (编译服务:纳米科技)     
    摘要:

    当石墨烯第一次被合成时,很多研究都在研究它如何应用于电子领域,比如FETs和存储器。然而,在声学设备中使用石墨烯的研究很少。

    这主要是因为石墨烯体积大,很难通过石墨烯发出低频声音。

    然而,2011年,位于中国北京的清华信息科学与技术国家实验室(TNList)的任天玲团队研制出了世界上第一个石墨烯声源器件。这是声学设备首次使用石墨烯。

    该设备能够在100 Hz到50 kHz的宽频率范围内产生声音。

    声学设备和热声学

    将石墨烯用于声学设备的一种方法是使用热声学。热声学建立在一个世纪前的理论基础上,即材料在迅速加热和冷却时会产生声音。

    当使用交流电(AC)将这一原理应用于石墨烯时,它会将热量变化传递到周围的空气中。空气会膨胀和收缩,从而产生声波。这是与大多数声学设备相比,使用振动材料内部的声学盒。

    2016年,韩国科学技术高级研究院(KAIST)的研究人员利用热声学技术,专门为移动音频市场设计了一款新的扬声器。韩科院利用石墨烯制造了一种不需要音箱就能发声的扬声器。韩科院的研究人员在一个相对简单的过程中使用了石墨烯,使他们获得了长期以来难以捉摸的热声扬声器。

    热声扬声器的制造

    虽然石墨烯曾被证明可以实现热声学(碳纳米管甚至被用于制造热声学扬声器),但令这位研究人员在KAIST工作的特殊之处在于,石墨烯基扬声器的制作非常容易。研究人员称,这种简单的两步法将很容易实现商业应用。

    研究人员认为,制造过程的简单性可能会导致这种扬声器在移动设备和其他应用中得到大规模生产。虽然像石墨烯热声扬声器这样的设备,首先想到的应用是移动设备,但其他用途也在考虑之中。

    由于石墨烯几乎是透明的,研究人员认为这项技术不仅可以用于传输声音,还可以用于传输图像。在医学应用方面,该技术可以用于超声成像。英国埃克塞特大学的研究人员认为,基于石墨烯的强度和灵活性,使用石墨烯芯片的超声设备可以通过与患者接触获得更好的成像效果。

    埃克塞特研究小组还希望,由于石墨烯声学设备的低生产成本,有一天可以用于实时病人监测应用,如智能绷带。

    来源机构: azo 纳米 | 点击量:192
  • 摘要:

    用分散在金属氧化物上的金纳米颗粒制成的纳米催化剂,在工业选择性地将化合物(包括醇)氧化成有价值的化学物质方面很有前景。它们表现出很高的催化活性,特别是在水溶液中。来自波鸿鲁尔大学(RUB)的一组研究人员已经能够解释其中的原因:水分子在促进氧化反应所需的氧解离方面起着积极的作用。理论化学主席多米尼克·马克思教授的团队于2020年7月14日在《ACS催化》杂志上发表了报告。

    对黄金的冲

    大多数工业氧化过程涉及使用药剂,如氯或有机过氧化物,这些药剂会产生有毒或无用的副产品。相反,使用分子氧,O2,并将其分解以获得生产特定产品所需的氧原子,将是一种更环保、更有吸引力的解决方案。这种方法的一种有前途的介质是金/金属氧化物(Au/TiO2)系统,其中金属氧化物二氧化钛(TiO2)支持金的纳米粒子。这些纳米催化剂可以催化分子氢、一氧化碳和特别是醇的选择性氧化。所有反应背后的一个关键步骤是O2的离解,它通常包含一个高能量势垒。在这个过程中一个关键的未知因素是水的作用,因为反应发生在水溶液中。

    在2018年的一项研究中,摩擦组杜米尼克马克思的理论化学和研究领域协调集群中的卓越鲁尔探讨溶解(决心)已经暗示,水分子积极参与氧化反应:他们使一个逐步电荷转移过程,导致氧气在水相分离。现在,同一个研究小组发现,溶剂化作用促进了金/金属氧化物(Au/TiO2)纳米催化剂上分子氧(O2)的活化:事实上,水分子有助于降低O2离解的能量障碍。研究人员量化表明,与气相相比,溶剂能降低25%的能源成本。“这是第一次,我们有可能深入了解水对这种纳米催化剂的临界O2活化反应的定量影响——而且我们也理解了其中的原因,”多米尼克·马克思说。

    注意水分子

    RUB的研究人员使用了计算机模拟,即所谓的从头算分子动力学模拟,其中不仅包括催化剂,还包括周围多达80个水分子。这是深入了解含水的液相情况与不含水的气相情况的关键。“以前的计算工作使用了显著的简化或近似,没有解释如此困难的溶剂水的真正复杂性,”最近在RUB获得博士学位的Niklas Siemer博士补充说,基于这项研究。

    科学家们模拟了高温高压下的实验条件,得到了O2在液相和气相中的自由能分布。最后,他们可以追溯到溶剂化效应的机械原因:水分子诱导了固定在纳米催化剂周界的局部对氧的电子电荷的增加;这反过来导致分离的能量消耗更少。最后,研究人员说,这都是关于水的独特特性:“我们发现水的极化率和它提供氢键的能力是氧激活的原因,”穆尼奥斯-桑蒂博格博士说。根据作者,新的计算策略将有助于理解和改善直接氧化催化在水和醇。

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:1599
  • 摘要:

    纳米颗粒都很小。因为只有千分之一毫米,它们是不可能用肉眼看到的。但是,尽管它们很小,它们在很多方面都非常重要。如果科学家想要近距离观察DNA、蛋白质或病毒,那么能够分离和监测纳米颗粒是至关重要的。

    捕获这些粒子需要将激光束紧紧聚焦到一个能产生强电磁场的点上。这种光束可以像一把镊子一样握住粒子,但不幸的是,这种技术有其自然的限制。最值得注意的是尺寸限制——如果粒子太小,这项技术就无法工作。到目前为止,光镊还不能抓住像单个蛋白质这样直径只有几纳米的粒子。

    现在,由于纳米技术的最新进展,冲绳科学技术研究生院(OIST)量子技术研究室的研究人员开发了一种精确捕获纳米颗粒的技术。在这项研究中,他们克服了自然条件的限制,开发了基于超材料的光镊。超材料是一种具有自然不存在的特殊性质的合成材料。这是这种超材料首次被用于单纳米粒子的捕获。

    “能够操纵或控制这些小颗粒对生物医学的发展至关重要,”OIST的科学家和发表在《纳米快报》上的研究论文的第一作者Domna Kotsifaki博士解释说。Kotsifaki博士继续解释说,捕获这些纳米颗粒可以让研究人员看到癌症的进展,开发有效的药物,并促进生物医学成像。“对社会的潜在应用是深远的。”

    这种新技术具有两种令人期待的能力,一是它可以使用低强度的激光功率稳定地捕获纳米粒子,二是它可以在长时间使用的同时避免光对样品的损伤。原因是研究人员选择使用的超材料。这种超材料对周围环境的变化高度敏感,因此可以使用低强度的激光功率。

    “由于其独特的设计和结构,超材料具有不同寻常的特性。但这使它们非常有用。在过去的几年里,它们创造了一个全新的设备时代,具有新颖的概念和潜在的应用,”Kotsifaki博士解释说。“利用这种超材料,我们在50纳米的金薄膜上用一束离子——微小的带电粒子——制造了一组不对称分裂环。”

    为了测试该技术是否有效,研究小组用近红外光照射该设备,并在其特定区域捕获了20纳米的聚苯乙烯颗粒。

    Kotsifaki博士和他的同事们正在寻找陷阱的硬度,这是对陷阱性能的一种衡量。她解释说:“这种捕获性能是传统光镊的好几倍,是迄今为止我们所知报道的最高的。”“作为第一个使用这种设备进行精确纳米颗粒捕获的团队,它对这一研究领域的进展做出了贡献,这是值得的。”

    研究小组现在计划调整他们的设备,看看这些镊子是否能在现实生活中应用。具体地说,在未来,这个装置可以被用来创建芯片实验室技术,这是手持的诊断工具,可以提供高效和经济的结果。除了在生物医学上的应用,这项研究还为纳米技术和光在纳米尺度上的行为提供了新的和基本的见解。

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:1563
  • 摘要:

    莱斯大学(Rice University)和宾夕法尼亚大学(University of Pennsylvania)的材料科学家呼吁全球共同努力,快速大批量生产石墨烯和二硫化钼等2D材料。

    在《今日材料》在线发表的一篇透视文章中,该杂志主编楼俊和同事提出了一个案例,即集中、集体努力解决研究挑战,从而为大规模生产2D材料扫清道路。

    卢和其他水稻材料科学家唐明静张和粉丝王加入了佩恩的Vivek谢诺在描述二维材料的潜在转换技术,可以从系统的结果,社区努力映射二维晶体的形状,通过过程称为生长在世界各地实验室的化学汽相淀积(CVD)。

    “就像自然界中的雪花一样,2D晶体在不同的生长条件下呈现出丰富多样的形态,”他们写道。

    研究人员写道,绘制这些独特的晶体模式,并将其汇集到一个全球数据库中,以及创建每种模式的方法,可以为“理解、诊断和控制二维物质生长的CVD过程和环境”提供丰富的信息。

    CVD是一种常用的制备薄膜的方法,包括半导体工业中重要的商业材料。在一个典型的CVD反应中,一块被称为衬底的平板材料被放置在一个反应室中,气体流过这个反应室,使它们发生反应并在衬底上形成一个固体薄膜。

    该领域的目标之一是开发能够准确预测在特定条件下混合特定反应物气体所产生的薄膜性质的计算机软件。由于对CVD期间发生的物理和化学过程的不完全理解,以及数十种CVD反应器格式的存在,创建这样的模型非常复杂。

    Lou和他的同事认为,对CVD实验产生的晶体的形状进行分类,可以为材料科学家提供关于其合成的重要信息,就像矿物学家通过对自然形成的晶体结构的检查,检索有关地球历史的有价值的线索一样。

    “以美丽的雪花为例,”作者写道。“对许多人来说,一个可能令人惊讶的事实是,雪晶体可以呈现出许多不同种类的形状,这取决于形成它们的大气的温度和水的过饱和度。”

    日本科学家中谷尤一郎(Ukichiro Nakaya)通过在自然界和实验室对雪花的广泛观察,发明了一种名为“中谷图”的图形,以帮助破译雪花中的信息。通过观察雪花的形状,以及观察这些形状在中谷的图表中的位置,科学家们可以确定产生雪花的确切大气条件,中谷把雪花诗意地称为“来自天空的一封信”。

    受Nakaya工作的启发,Lou和他的同事创建了一个类似nakya的二维晶体图案图,通过CVD生成,并演示了它和其他形态图如何被用来推断产生每个图案的过程变量的线索,如气体流量和加热温度。

    由于实时成像和自动化系统的进步,可以产生晶体结构的大数据集,作者说,“形态图的发展有真正的潜力成为一种普遍做法,并作为晶体生长的基石。”

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  • 9   2020-07-29 新技术可以提高纳米药物的治疗效率 (编译服务:纳米科技)     
    摘要:

    莫斯科物理与技术研究所的研究人员和他们的同事从Shemyakin-Ovchinnikov有机化学研究所和普罗霍罗夫普通物理研究所俄罗斯科学院已经开发出一种突破性技术要解决的关键问题,避免引入小说几十年来药物进入临床实践。

    这种新溶液可以延长任何纳米药物的血液循环,提高其治疗效率。俄罗斯研究人员的研究发表在《自然生物医学工程》杂志上,并在该杂志的新闻和观点部分刊登了专题报道。

    19世纪末以来,医学化学的发展导致了传统医学向化学公式严格定义的药物的转变。尽管已有150年的历史,这种模式仍然是绝大多数现代药物的基础。它们的活性分子倾向于执行一个简单的功能:激活或停用某个受体。

    然而,自20世纪70年代以来,许多实验室一直在研究能够同时实现多种复杂功能的新一代药物。例如,通过一系列生化线索来识别癌细胞,向医生指示肿瘤的位置,然后通过毒素和加热来摧毁所有的恶性细胞。

    由于一个分子不能完成所有这些功能,一个更大的超分子结构,或纳米颗粒,必须使用。

    然而,尽管纳米材料的种类繁多,迄今为止,只有最简单的具有高度特异性功能的纳米材料进入临床实践。使用治疗性纳米颗粒的主要问题与我们免疫系统惊人的效率有关。千百年来,进化完善了人体消除纳米大小外来实体的能力,从病毒到烟雾颗粒。

    在合理的剂量下,大多数人工纳米颗粒能在几分钟甚至几秒钟内被免疫系统从血液中清除。这意味着,无论药物多么复杂,大部分剂量甚至都没有机会接触目标,而是会影响健康组织,通常是以有毒的方式。

    由MIPT纳米生物技术实验室负责人Maxim Nikitin领导的俄罗斯研究团队在他们最近的论文中提出了一项突破性的通用技术,可以显著延长血液循环,提高各种纳米制剂的治疗效率,而不需要对其进行修饰。

    这项技术利用了免疫系统不断从血液中清除旧的、“过期的”红细胞的事实——人体每天约有1%的红细胞。“我们假设,如果我们稍微加强这个自然过程,我们可以欺骗免疫系统。当它开始忙于清除红血球时,人们对清除治疗性纳米颗粒的关注较少。重要的是,我们想以最温和的方式转移免疫系统的注意力,最理想的是通过人体固有的机制,而不是通过人工物质。”

    研究小组发现了一种优雅的解决方案,即向小鼠注射红血球特异性抗体。这些分子构成了哺乳动物免疫系统的基础。他们识别出需要从身体中去除的实体,在这里是红细胞。

    这一假设被证明是正确的,而且小剂量的抗体——每公斤体重1.25毫克——被证明非常有效,能将纳米颗粒的血液循环延长几十倍。这种权衡是非常温和的,小鼠的红细胞水平仅下降了5%,比贫血的水平少了两倍。

    研究人员发现,他们的方法被称为单核吞噬细胞系统的“细胞封锁”,适用于所有的纳米颗粒。它延长了微小的量子点测量循环时间只有8纳米,中等规模的100纳米粒子,和大型微米大小的,以及最先进的nanoagents批准使用在人类身上:一种“隐形”脂质体,伪装自己下一个高度惰性聚乙二醇涂层来躲避免疫系统。

    与此同时,无论是小剂量还是在脓毒症的情况下,细胞阻滞都不会损害人体抵御血液中细菌(天然微粒)的能力。

    这项新技术使纳米颗粒的广泛应用成为可能。在一组小鼠实验中,研究人员在所谓的纳米制剂主动输送到细胞方面取得了显著进展。

    它包括配备特殊分子的纳米颗粒来识别靶细胞。一个例子就是使用识别T细胞的CD4受体的抗体。给这些细胞的药物输送将有助于治疗自身免疫性疾病和其他疾病。

    在小鼠体内诱导细胞阻滞使纳米颗粒的循环时间从通常的3-5分钟增加到1小时以上。在没有细胞阻滞的情况下,清除速度过快,无法与靶细胞结合,但在细胞阻滞后,药物表现出异常高的靶向效率,与体外达到的水平相当。

    该实验凸显了这项新技术的巨大潜力,不仅可以增强纳米制剂的性能,还可以使之前在体内完全低效的纳米制剂成为可能。

    团队继续演示他们的癌症治疗技术的适用性,与cytoblockade使23倍更有效的磁纳米粒子的引导交付肿瘤(图1)。这种交付技术利用磁场来指导,集中注意力,并保留磁代理在肿瘤减少系统性毒性。这种传递只适用于纳米颗粒,而不适用于分子。

    该研究报告了一种有效的治疗黑色素瘤的方法,即使用载磁铁矿的脂质体和化疗药物阿霉素,如果不使用红细胞抗体则完全无效。研究表明,改善磁传递对五种不同性质的肿瘤,包括黑色素瘤和乳腺癌。

    他说:“我们观察到,对于我们所针对的每种癌症,纳米剂的输送都得到了改善。特别重要的是,这种方法在小鼠体内的人类肿瘤细胞上起作用,”研究合著者伊万·泽莱普金评论道,他是RAS生物有机化学研究所和MIPT的初级研究员。

    值得注意的是,这项新技术使一种已获批准用于人体的商业脂质体制剂的治疗得到改进。这意味着细胞阻滞不仅打开了新的治疗机会,而且加强了现有的治疗机会。

    作者指出,纳米颗粒性能的增强与血液循环时间的延长密切相关。这种相关性可以通过研究小组开发的一种高灵敏度的磁粒子定量方法来建立。它能够以一种无创的方式检测血液中颗粒消除的动力学——也就是说,不抽血。

    这种方法不仅能让我们实时测量血液中的颗粒含量。它使整个研究中,因为这将不可能测量如此大量的纳米粒子动能概要文件使用任何其他现有方法在一个合理的时间内,”切赫尼基丁说,他是这项研究的合作者之一Biophotonics实验室主管和RAS的普通物理研究所。

    这项新开发的技术在转化为临床应用方面尤其有前景,因为抗d抗体与rhd阳性的红细胞结合,长期以来被批准用于治疗免疫血小板减少症和预防恒河猴疾病。因此,利用已获批准的药物,对人类新技术的评估可以在不久的将来开始。

    毫无疑问,纳米医学与现有的抗d或改进的下一代抗红细胞抗体的联合作用应该在严格的临床试验中进行检验。然而,我们对这项技术及其在癌症等需要靶向药物治疗的严重疾病中的应用感到非常乐观。”

    “既然这项历时七年的复杂研究已经发表,我们将尽一切努力将其转化为临床实践。因此,我们正在寻找有兴趣加入这个团队的合作者和积极的同事。”

    自cytoblockade技术是通用的兼容nanoagents,不需要修改,它有可能成为比PEGylation大大更有效率,这是发达国家在70年代以来产生了数十亿产业“长期循环”的药物,与数十名临床批准的药物。

    这组作者认为,这项拟议的技术可能为最先进的纳米制剂在体内的使用打开大门,主要关注的是功能性而不是隐形特性。

    根据材料科学中最先进的理念制备的新型生物医学纳米材料,可以立即被引入体内的生命科学研究,然后迅速完善到临床应用。

    来源机构: azo 纳米 | 点击量:683
  • 摘要:

    美国能源部橡树岭国家实验室的科学家证明了气候变暖和泥炭地生态系统中的碳损失之间存在直接关系。他们发表在AGU Advances杂志上的研究为未来可能出现的情况提供了一个机会,届时泥炭沼泽中大量储存的碳可能会以温室气体的形式释放到大气中。

    泥炭地目前覆盖了地球陆地面积的3%左右,并至少含有全球土壤碳的三分之一——比世界森林储存的碳还要多。

    泥炭沼泽特别善于锁住碳,因为寒冷、潮湿、酸性的环境保存了数米深的古代植物层。科学家们有了强烈的兴趣在这些巨大的碳储量,质疑程度和速度的热,干燥条件在泥炭沼泽可以触发微生物过程释放碳的形式向空气中二氧化碳和甲烷,进一步变暖周期的气体在大气中吸收热量。

    进入能源部的云杉和泥炭地在变化环境下的反应,或云杉项目,一个独特的整个生态系统操纵实验在明尼苏达州北部的森林。SPRUCE公司使用一系列围栏将大片泥炭地暴露在五种不同的温度下,其中温度最高的房间在地表以上和地下深处升高约16华氏度。一半的防护罩二氧化碳含量也升高了。

    这个未来主义的实验让科学家们能够测量这个生态系统以前从未经历过的条件的影响,为未来可能的气候提供一个一瞥。

    “由于能源部在大规模实验上的投资,我们已经能够研究整个生态系统在温度范围内的变暖,这是不能从历史数据中推断出来的,”ORNL的生态系统科学家和云杉项目协调员Paul Hanson说。“在这样做的同时,我们有证据表明,碳损失将被预测为未来迅速变化的泥炭地系统。”

    汉森和他的同事研究了三年的云杉数据,追踪了植物生长、水和泥炭水平、微生物活动、细根生长和其他控制碳进入和离开生态系统的因素的变化。这些摄入和产出共同构成了所谓的碳预算。

    研究发现,仅仅在三年时间里,所有变暖的沼泽区都从碳蓄积器变成了碳排放器——这标志着第一次用整个生态系统的地块来记录这些变化。即使是在最温和的变暖水平(比环境温度高4华氏度),沼泽性质的这种根本性转变也会发生,显示出碳损失率比历史累积率快5到20倍。

    温度升高直接导致碳排放增加,在实验中加热的区域中,温度最高的区域排放的二氧化碳和甲烷最多。科学家们惊奇地发现热量和碳损失之间存在这样的线性关系。

    汉森说:“这对生物学数据来说是一个非常紧密的关系。”“这些结果在我们允许自己思考的假设范围内,但是碳损失对温度的敏感性有点令人吃惊。”

    作为该生态系统的关键物种,泥炭藓的减少是造成净碳损失的主要原因。ORNL的同事Richard Norby在之前的一项研究中详细描述了泥炭中积累碳的作用,以及随着气候变暖使沼泽干涸,泥炭可能会不可逆转地腐烂。

    云杉数据将为美国能源部能源百亿亿次地球系统模型项目提供一个新的湿地模型,该项目使用高性能计算来模拟和预测对能源部门至关重要的环境变化。与云杉数据相比,湿地模型准确地预测了温度效应,但高估了二氧化碳升高的影响,云杉数据经过三年处理后,没有显示出显著的生态系统水平效应。

    来源机构: 纳米医学 | 点击量:309