Наночастицы-невидимки для лечения мозга и безопасный двигатель для наноспутников. Топ разработок российских учёных 

Российские учёные нашли способ управлять мозгом без проводов и скальпеля. Они разработали технологию, которая позволяет лечить болезнь Паркинсона, восстанавливать память после инсульта или купировать хроническую боль без риска инфекции и отторжения инородных тел. Созданные ими уникальные биосовместимые наночастицы превращают обычное магнитное поле в электрические импульсы, понятные нейронам, что полностью исключает необходимость вживлять электроды в мозг — новинка работает дистанционно и неинвазивно.

Мы продолжаем рассказывать о последних достижениях российской науки, и в новом выпуске речь пойдёт о «сухом» принтере для печати микроэлектроники, который работает без чернил, о ядерном реакторе, который позволит автономно жить на Луне, о безопасном ракетном двигателе для наноспутников, который смогут использовать даже в школах, и об уникальных кристаллах для наблюдений за внутренними органами и движением лекарств. Все подробности читайте в нашем материале. 

Наночастицы-невидимки. В России нашли способ лечить мозг без скальпеля

Учёные Томского политехнического университета разработали биосовместимые наночастицы для неинвазивной стимуляции нейронов. Технология позволяет управлять работой нервных клеток без хирургической имплантации электродов. Современные методы нейромодуляции основаны на металлических электродах, которые вживляются в ткани. Это чревато инфекциями, травмами и отторжением. Альтернативой служат магнитоэлектрические наночастицы. Они преобразуют внешнее магнитное поле в электрические импульсы, понятные нейрону.

Учёные ТПУ синтезировали частицы размером менее 30 нанометров. Каждая имеет суперпарамагнитное ядро из феррита марганца и оболочку из бессвинцового титаната бария. Синтез проводился микроволновым гидротермальным методом. Варьируя температуру, концентрацию щёлочи и длительность реакции, исследователи научились точно настраивать свойства оболочки для усиления магнитоэлектрического эффекта.

Наиболее перспективными оказались частицы, синтезированные при 185°C. В их оболочке сформировались частично аморфные зоны и следы промежуточных фаз. Это позволило получить рекордный магнитоэлектрический отклик среди наноструктур без свинца и кобальта. Последние повышают токсичность.

Тесты показали, что под действием слабого магнитного поля такие частицы в три раза усиливают приток ионов кальция в нейроны. Кальций отвечает за передачу сигналов, память и пластичность синапсов. Кроме того, количество активированных нервных клеток выросло на 20 процентов по сравнению с аналогами.

Эксперименты подтвердили полную безопасность наночастиц для клеток при концентрациях до 30 мкг/мл. Этого достаточно для эффективной терапии. По словам директора международного центра «Пьезо- и магнитоэлектрические материалы» ТПУ Романа Сурменева, технологию можно адаптировать под разные задачи, от лечения боли до восстановления после инсульта. В перспективе наночастицы помогут бороться с депрессией, болезнями Паркинсона и Альцгеймера, а также восстанавливать нервные волокна. Следующий этап, испытания на животных.

Российские учёные готовят ядерный реактор для автономной жизни на Луне

Российские учёные официально представили модель полностью автономного поселения, которое сможет существовать без связи с Землёй. Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» заявили о разработке модели космического биоэкопоселения. Информацию озвучила директор центра Юлия Дьякова на Российском космическом форуме. В основе проекта лежит атомная станция малой мощности. Именно она станет энергетической, тепловой и электрической базой для будущих колонистов. Учёные уже создали комплекс технологий для полностью автономных поселений в Арктической зоне. Этот опыт решено перенести в космос.

Дорожная карта выглядит конкретно. Президент Курчатовского института Михаил Ковальчук ранее демонстрировал президенту России Владимиру Путину макет лунного поселения с ядерной энергоустановкой. Для лунной программы создана специальная батарея с прямым преобразованием энергии. Россия намерена развернуть такой энергоблок на спутнике Земли в числе первых стран.

У этих планов глубокие исторические корни. Ещё в 1964 году Курчатовский институт создал первую в мире космическую ядерную установку «Ромашка». Она проработала 15 тысяч часов. Наработанные тогда технологии уже питают наземные «атомные батарейки» для удалённых посёлков. Та же логика ляжет в основу лунных баз, где колонисты получат не только свет и тепло, но и надёжную защиту от радиации и космического холода.

Учёные создали «сухой» принтер для печати микроэлектроники без единой капли чернил

Специалисты Московского физико-технического института разработали и подготовили к серийному выпуску принтер сухой аэрозольной печати. Это устройство позволяет изготавливать компоненты микроэлектроники, используя исключительно наночастицы металла, без применения жидких чернил, токсичных растворителей и связующих веществ.

Принцип действия новой установки кардинально отличается от традиционных технологий. Вместо распыления чернил прибор генерирует наночастицы прямо в процессе работы. Сверхплотные импульсы электричества отрывают и расплавляют микроскопические выступы на металлическом электроде, формируя частицы диаметром всего 5–15 нанометров. Далее газовый поток переносит их на подложку, а сфокусированный аэрозольный пучок укладывает в нужном порядке. После этого лазер спекает готовую структуру.

Главный недостаток существующих методов 3D-печати электроники заключается в использовании жидких составов. При их высыхании на поверхности микросхемы остаются химические загрязнения, которые ухудшают её электрические характеристики. Кроме того, традиционная фотолитография требует дорогостоящих чистых комнат, вакуумных камер и большого количества агрессивных реагентов. Разработка учёных МФТИ полностью исключает эти этапы. Процесс становится не только экологичным, но и значительно более дешёвым. Тесты показали, что напечатанные таким способом проводники по своей проводимости практически не уступают монолитным кристаллам серебра.

Метод открывает широкие перспективы для производства пассивных элементов микроэлектроники, микродатчиков, каталитических структур, наноантенн и даже пористых материалов для газовых сенсоров. Разработчики подчёркивают, что прибор уже успешно прошёл государственные приёмочные испытания. Следующий этап, запуск в серийное производство, позволит отечественной промышленности выйти на новый уровень создания компонентов для радиоэлектронной аппаратуры. 

Российские химики нашли способ заглянуть вглубь организма с помощью светящихся кристаллов

Международный коллектив учёных под руководством специалистов из Института неорганической химии имени А. В. Николаева СО РАН (Новосибирск) представил новый материал для биомедицинской визуализации. Эта разработка способна преобразовывать глубоко проникающее инфракрасное излучение в яркий видимый свет, открывая новые возможности для наблюдения за живыми организмами.

Современные методы диагностики используют наночастицы, которые светятся под воздействием инфракрасного лазера с длиной волны около 980 нанометров. Однако этот свет не способен проникнуть достаточно глубоко в ткани, не повреждая их. Кроме того, существующие аналоги часто разрушаются при длительном облучении.

Учёные нашли элегантное решение этой проблемы. Они создали сложную конструкцию, так называемый металл-органический каркас, собрав его из ионов трёх редкоземельных металлов, иттербия, тербия и европия. Иттербий выступает в роли чувствительной «антенны». Он улавливает инфракрасный свет и передаёт энергию ионам тербия, которые дают яркое зелёное свечение. Часть этой энергии затем переходит к европию, заставляя его светиться красным. Меняя соотношение металлов, можно гибко настраивать цвет свечения от зелёного до красного.

Главное достижение исследователей заключается в том, что новый материал эффективно работает не только в стандартном диапазоне, но и при облучении светом с длиной волны 1960 нанометров. Это так называемое окно прозрачности тканей, позволяющее заглянуть на гораздо большую глубину. В этом диапазоне впервые была продемонстрирована реакция на четырёхмоторное преобразование, когда четыре частицы инфракрасного света объединяются в одну видимую.

Разработка была успешно протестирована на живых организмах. Микрочастицы материала ввели в желудок рыб данио-рерио, где они ярко светились, не вызывая токсического эффекта. Как отмечает руководитель проекта, доктор химических наук Андрей Потапов, новое соединение отличается высокой стабильностью, выдерживая интенсивное облучение без потери яркости. 

В МИФИ создали безопасный ракетный двигатель для школьных проектов

Специалисты Национального исследовательского ядерного университета МИФИ разработали ракетную двигательную установку, которая не представляет опасности даже в обычной школьной аудитории. Устройство создано для наноспутников и работает на веществе для тушения пожаров, которое называют «твёрдой водой».

Ключевое преимущество новой разработки заключается в отказе от традиционных газов под высоким давлением. Классические двигательные установки требуют особых условий хранения и эксплуатации, что делает их недопустимыми для использования в учебных заведениях. Российские инженеры нашли простое и элегантное решение, применив фторкетон, вещество, нетоксичное, негорючее и безопасное для человека и техники.

Физический принцип работы установки удивителен своей простотой. При комнатной температуре давление паров фторкетона составляет около половины атмосферы. На Земле этого недостаточно для создания тяги, но в условиях космического вакуума такой перепад давления позволяет веществу эффективно работать в качестве ракетного топлива. При этом на планете ёмкость с жидкостью не имеет избыточного давления и абсолютно невзрывоопасна. Созданной тяги вполне достаточно для манёвров небольшого космического аппарата массой в несколько килограммов.

Разработка открывает новые горизонты для космического образования. Школьники и студенты смогут на практике конструировать малые спутники, не опасаясь рисков, связанных с традиционными установками. По словам представителей вуза, такие инициативы теперь можно реализовывать не только в специализированных лабораториях, но и в обычных классах. Первым носителем новой двигательной установки станет создаваемый в МИФИ аппарат «Сварог-1», предназначенный для научного мониторинга гамма-излучения. Разработка уже подтвердила свою работоспособность, успешно продемонстрировав тягу в вакуумной камере.

Текст: Ирина Леонова

Фото: freepik.com, shedevrum.ai