Исследователи из США разработали метод получения изображения in vivo, способный выступить в роли альтернативы существующим методикам.

Наночастицы оксида иттрия позволяют получить более четкие изображения кровеносных сосудов (справа) по сравнению с полученными с помощью классических методов (слева). (Рисунок из Chem. Commun., 2009, DOI: 10.1039/b905927j)

Скотт Гильдербранд (Scott Hilderbrand) из медицинской школы Гарварда изучал люминесцентные свойства наноматериалов на основе иттрия, применив, затем, эти наночастицы для получения изображения кровеносных сосудов мышей.

Метод основан на процессе преобразования с повышением частоты (upconversion), в ходе которого частицы поглощают свет с одной длиной волны и испускает электромагнитное излучение с меньшей длиной волны. Как поясняет Гильдебранд, такой подход имеет большое преимущество в сравнении с существующими методами, как, например, метод получения изображения с использованием квантовых точек. Исследователь из Гарварда отмечает, что хотя квантовые точки позволяют получить весьма сильное излучение, на их производительность оказывает существенное влияние аутофлуоресценция самой ткани, которая может повлиять на результаты анализа. Материалы, работающие в соответствии с принципом преобразования с повышением частоты, могут избавить аналитиков от помех, связанных с аутофлуоресценцией, поскольку лишь малое количество биологических материалов проявляют люминесценцию с повышением частоты излучения.

Исследователи из Японии смогли добиться от спектральных методов разрешающей способности в один атом, разработав метод спектроскопии потери энергии электрона [electron energy loss spectroscopy (EELS)]. Метод EELS позволяет определять не только положение отдельного атома в твердом веществе, но и тип этого атома.

Изображение пяти фуллереновых клеток в углеродной нанотрубке, полученное с помощью TEM (слева). Химическая карта того же образца, полученная с помощью EELS (C –красный, Ca – зеленый) показывает, что каждый фуллерен содержит по одному атому кальция. (Рисунок из Nat. Chem., DOI: 10.1038/nchem.282)

В типичном эксперименте EELS исследователи облучают твердый образец пучком электронов и измеряют понижение энергии луча (потерю энергии), вызванную взаимодействием пучка электронов с атомами образца; такая потеря энергии является характеристичной для каждого элемента. При использовании в сочетании с просвечивающей электронной микроскопией [transmission electron microscopy (TEM)] метод EELS позволяет определить атомный состав наноазмерной области, изучающейся с помощью TEM.

С момента открытия углеродных нанотрубок в начале 1990-х эти нанообъекты находятся в фокусе пристального внимания исследователей. Помимо углерода нанотрубки можно получить и на основе других материалов. Нанотрубки могут применяться во многих областях, включая создание микроэлектронных схем, сенсоров, световодов и светоизлучающих устройств для мониторов.

Рисунок из Angew. Chem. Int. Ed., 2009, doi: 10.1002/anie.200900546

Очередное заседание Президиума Российской академии наук состоялось 30 июня 2009 года. На заседании было заслушано научное сообщение члена-корреспондента РАН Конова Виталия Ивановича «Одностенные углеродные нанотрубки — новый материал для фотоникия», сообщает пресс-служба РАН.

Виталий Конов представил краткий обзор данных по структуре и методам синтеза одностенных углеродных нанотрубок (ОУН) — одного из наиболее перспективных современных наноматериалов.

В докладе рассматривался целый ряд уникальных свойств собственно ОУН, а также известных композитных материалов на их основе, предназначенных для использования в различных областях науки и технологий, но непригодных для фотоники.

Коллективом сотрудников ИОФ РАН была поставлена и, в кооперации с НЦВО РАН, ИПХФ РАН и ИРЭ РАН, успешно решена задача создания материалов и устройств для фотоники на основе одностенных углеродных нанотрубок. Это потребовало в свою очередь разработки оригинальных технологий синтеза, очистки, селекции и введения ОУН в различные среды. Первой демонстрацией замечательных возможностей применения ОУН-материалов в фотонике были люминесцентные дисплеи с холодными катодами, получаемыми электрофоретическим осаждением углеродной смеси, синтезируемой электродуговым методом и содержащей ОУН. Было показано, что также катоды и дисплеи на их основе обладают рекордными параметрами: электрическими полями «включения» всего «0,1 В/мкм и яркостью до 20.000 кандел/м₂. Полученные результаты находят свое объяснение с точки зрения обнаруженного авторами квантоворазмерного эффекта — зависимости работы выхода электронов от размера наноструктуры. Вторым важным шагом стало создание высокостабильных, широкополосных и сверхбыстродействующих нелинейно-оптических элементов (насыщающихся поглотителей света) в виде ОУН-содержащих суспензий, полимерных пленок и мембран. Введение таких элементов в резонаторы целого ряда лазеров позволило осуществить так называемую «синхронизацию мод» и получать столь простым способом генерацию мощных пико и фемтосекундных лазерных импульсов. Минимальная длительность импульсов составила 180 фс, а рабочий диапазон длин волн излучения 1—2 мкм. Эти достижения также являются рекордными.

Исследователи из Университета Лестера разработали простой метод, позволяющий синтезировать флуоресцентные наночастицы кремния, которые могут помочь изучить усвоение лекарственных веществ клетками организма.

Суспензия наночастиц в ячейке из кварцевого стекла, освещенная ультрафиолетом. Наночастицы флуоресцируют в синей области спектра. (Рисунок из Applied Physics Letters, 2009, 94261102)

Возглавлявший исследование Клаус фон Хефтен (Klaus von Haeften) поясняет, что преимущество нового метода заключается в том, что он позволяет добиться контроля размеров и свойств поверхности наночастиц. В предлагаемом методе можно использовать различные прекурсоры нанообъектов, с помощью этого метода можно без труда получать флуоресцирующие суспензии, новый способ получения наночастиц может оказаться весьма полезным для создания электронных микросхем, к которым предъявляются все большие требования относительно степени их интеграции.

Совместная работа исследователей из Франции и Сингапура позволила создать молекулярное устройство размером 1.2 нм, вращательное движение которого может контролироваться.

Возглавлявший работу над проектом профессор Кристиан Иоахим (Christian Joachim) отмечает, что создание молекулярного устройства размером в несколько атомов или молекул – даже не половина дела, поскольку главное – иметь возможность контролировать и направлять движение этого устройства. Он добавляет, что в результате работы над проектом удалось создать полноценное молекулярное устройство, которое со временем сможет стать основой для создания более сложных молекулярных устройств

Исследователи из Университета Ульма, работающие под руководством Ландфестера (K. Landfeste) разработали шаблоны для биоминерализации на основе карбоксил-функционализированных частиц полистирола (1).

Рисунок из Chem. Mater. 2009, 21, 2218

Частицы были получены эмульсионной полимеризацией стирола с акриловой кислотой в присутствии ионогенных и неионогенных поверхностно-активных веществ. При этом стабильные частицы были получены только при низком содержании акриловой кислоты в смеси и при использовании ионогенного ПАВ.

В присутствии ионогенного ПАВ были получены частицы функционализированного полистирола, диаметр которых увеличивался с 162 до 254 нм по мере увеличения концентрации акриловой кислоты с 1 до 3% (по массе). Неионогенный ПАВ позволяет ввести в сополимер большее количество кислотных функциональных групп и получить частицы меньшего диаметра, однако до непосредственного использования таких частиц в качестве шаблона требуется их тщательная очистка с помощью диализа.

Исследователи из Норвегии разработали новый эффективный подход для синтеза полимерных бусин, содержащих пролин и его производные. Такие бусины могут использоваться для органокатализа. Исследователи сообщают, что методика может быть масштабирована до уровня промышленного производства.

Хансен разработал новый способ синтеза акрилового полимера, содержащего пролин и пролинамиды. (Рисунок из Organic Letters, 2009. DOI: 10.1021/ol901134v)

Хиральный пролин является полезным органическим катализатором самых различных асимметрических синтезов – с его помощью возможно получение энантиомерно чистых продуктов, главным образом альдолей. Хорошо известно, что закрепление пролина на носителе приводит к усилению его каталитических свойств.

Тор Хансен (Tore Hansen) из Университета Осло отмечает, что закрепление катализатора на полимерном носителе не является новым словом в органическом синтезе, однако в его группе реализована методика, отличная от общепринятой. Предложенный метод отличается большей эффективностью и, что немаловажно, может использоваться для промышленного производства иммобилизованных пролиновых катализаторов.

Исследователи из Университета Содружества Вирджиния открыли «магнитный суператом» – стабильный кластер, способный воспроизводить свойства индивидуальных химических элементов, которые в перспективе могут быть использованы для получения молекулярных устройств нового поколения.

Магнитные суператомы VCs₈ and MnAu₂₄(SH)₁₈ воспроизводят свойства марганца. Кластер MnAu₂₄ окружен SH-группами, защищающими ядро кластера от внешних атак, что позволяет использовать его в медицинской химии. (Рисунок из Nature Chemistry, 2009, doi:10.1038/nchem.249)

Один из новых кластеров, состоящий из атома ванадия и восьми атомов цезия действует как крошечный магнит, магнетизм которого сравним с изолированным атомом марганца, этот кластер позволяет электронам с определенным значением спинового квантового числа двигаться по орбиталям «оболочки», состоящей из цезиевых атомов.

Новый метод компьютерного моделирования позволит упростить расчеты строения для кристаллических решеток гидратов, позволяя фокусироваться на наиболее вероятных.

Клетка, состоящая из 24 молекул воды (водородные связи обозначены зеленым). (Рисунок из J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja9011222)

Гидратные решетки, представляющие собой «клетки», образованные из связанных водородными связями молекул воды, интересны для исследователей, как с теоретической, так и с практической точки зрения. К настоящему времени компьютерное моделирование гидратов, наиболее подходящих для практических целей представляет собой очень сложную задачу, так как при расчете приходится перебирать миллионы возможных конфигураций водородных связей, которые могут образоваться.

Исследователи из Тихоокеанской Северо-западной Национальной Лаборатории (PNNL) под руководством Сотириса Ксантеаса (Sotiris S. Xantheas) разработали подход, способный упростить расчеты строения наиболее вероятных структур гидратных кристаллических решеток.