НЕбританские учёные. Выпуск 16

Томские учёные разработали…

// …первый в мире метод 3D-печати высокопрочной керамики

Инновационное устройство и методику работы с керамикой, конкурирующей по своим свойствам с высоколегированными сталями, цветными металлами и твердыми сплавами, разработали в Томском государственном университете.

Сейчас специалисты завершают отработку технологии, благодаря которой можно будет получать трехмерные изделия с широким спектром применения в энергетике и радиоэлектронике, машиностроении, химической и нефтегазовой промышленности, оборонном секторе.

«Керамика занимает особое место среди новых материалов, в силу особенностей структуры она имеют различные параметры теплопроводности, высокую прочность и твердость, которые определяют ее применение, — говорит научный сотрудник университета Владимир Промахов. — Однако существует проблема с изготовлением из керамики изделий сложной формы, именно поэтому они не получают широкого распространения».

По его словам, до сих пор основным методом было литье под давлением, которое не позволяло получить керамические изделия сложной конфигурации. В настоящее время существуют методы 3D-печати изделий сложной геометрии, но они позволяют получать лишь пористые изделия с остатками клеящих веществ и низкой прочностью.

«Наш 3D-принтер – первый в мире, который может печатать керамику такого класса: монолитную по своей структуре, сложной конфигурации, с точностью печати до десятков микрон, – поясняет Владимир Промахов. – С его помощью можно будет получать объемные изделия, например, полые сферы, сотовые структуры, что невозможно методом обычного литья. Также в принтер будет заложена возможность непрерывной печати».

Томские ученые не только отрабатывают технологию печати изделий, но и синтезируют для нее материал. В частности, методом «твердого пламени» – самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, основанным на экзотермической реакции горения, ученые получают керамические порошки (карбиды, нитриды и бориды металлов).

«Далее мы изготавливаем из порошков суспензии, которые при особой температуре принимают консистенцию сметаны, то есть пригодны для использования в качестве сырья для 3D-принтера, – объясняет ученый. – После послойного наплавления (3D-печати) в определенных технологических режимах мы получаем полуфабрикаты, которые спекаем для синтеза твердых изделий с заданными свойствами и формой».

Полученные изделия могут применяться в качестве защитных панелей космических устройств, отдельных деталей двигательных установок, подложек микросхем.

Источник: http://rosnauka.ru/news/1312

Иркутские учёные разработали…

// …прибор для синтеза нанотрубок «в домашних условиях»

Учёные из Иркутского национального исследовательского технического института (ИРНИТУ) разработали небольшой легкий плазмотрон для синтеза углеродных наноматериалов (http://www.istu.edu/news/22194/).

Углеродные наноматериалы, к которым относятся нанотрубки и фуллерены, считаются перспективными для различных отраслей промышленности, но их массовый синтез сложен и требует дорого оборудования. Чтобы выйти из положения и синтезировать наноматериалы для экспериментов, сотрудники кафедры технологии машиностроения ИРНИТУ создали собственную установку — плазмотрон. В нем нет графитовых электродов, а источником углерода служит углеродосодержащий газ. В этом состоит отличие установки от других аналогичных устройств.

По словам заведующего кафедрой Андрея Балановского, в полученных с помощью плазмотрона материалах содержатся многостенные и одностенные нанотрубки, а также замкнутые объемные структуры, которые называют углеродными онионами (луковицами), что показал анализ изображений, сделанных электронным просвечивающим микроскопом высокого разрешения.

Впервые онионоподобные структуры из углерода получил швейцарский ученый Даниэль Угарт (Daniel Ugarte) в 1992 году. Он же ввел термин «углеродная луковица».

Углеродные онионные структуры образуются потому, что их поверхностная энергия значительно меньше поверхностной энергии графита и алмаза такого же размера. По словам Балановского, они получили не совсем правильные онионы, скорее их следует считать онионоподобными структурами. В России материал такой структуры получен впервые, полагают ученые. Хотя получить онионы можно разными способами — вакуумным напылением, отжигом сажи, отжигом наноалмазов, дуговым разрядом в воду, дуговым разрядом, облучением сажи электронами, имплантацией ионов углерода в металлическую матрицу и взрывом — но российские ученые сосредоточились на нанотрубках и фуллеренах, а синтезом других структур занимаются мало.

Онионы можно использовать в шарикоподшипниках и в других узлах трения, наноэлектромагнитных приборах, в качестве емкостей для хранения газа, в биотехнологии.

Авторы нового метода получения углеродных наноматериалов намерены использовать его в образовательном процессе, потому что он дешевый и легкий. Созданный ими плазмотрон весит всего 800 грамм. Достаточно просто подключить плазмотрон к электрической сети и через 1-3 минуты получить наноматериалы. Опыты по синтезу наноструктур в плазме можно проводить в школе на уроках физики и химии. Полученные материалы можно рассматривать с помощью просвечивающих и растровых электронных микроскопов, которыми располагают многие российские вузы.

Источник: http://goo.gl/c3qQk7

Московские нанотехнологи…

// …уместили высокоточный анализ крови на тест-полоску

Новый биосенсор выглядит как тест-полоска с двумя реакционными линиями (приведена на рисунке).

Технология разработана учеными ИОФ РАН и МФТИ и основана на магнитных наночастицах. Метод позволит определять концентрации белковых молекул в различных образцах, включая непрозрачные и сильно окрашенные жидкости.

Магнитные наночастицы, используемые в работе, способны соединяться с антителами к различным белкам, а сенсор на их основе работает следующим образом. На один край пластины капают исследуемую жидкость, смешанную с наночастицами (они уже соединены с антителами и за счет этого способны связывать нужные белки). Жидкость течет по пластинке и доходит сначала до тестовой линии, где задерживаются только частицы, связанные с белком, а потом до контрольной — там оседают уже только свободные наночастицы. В результате контрольная линия работает в любом случае, если только сенсор не вышел из строя (например, из-за неправильного хранения), а на тестовой полоске остается тем больше белка, чем больше его было в исследуемом образце (см. рис.1)

Рис.1 Схематическое изображение биосенсора. Антиген — анализируемый белок, MP — магнитная наночастица с прикрепленным к анализируемому белку антителом. Тестовые антитела (голубые Y) задерживают анализируемый белок, а контрольные (желтые Y) — антитела вместе с наночастицами.

«Традиционно тесты, которые можно проводить не только в условиях лаборатории, но и в полевых условиях, основаны на применении флуоресцентных или окрашенных меток, а результаты определяются визуально, «на глазок», либо с помощью видеокамеры, — говорит Алексей Орлов, ведущий автор исследования и научный сотрудник ИОФ РАН. — Мы же используем магнитные частицы, которые обладают существенным преимуществом: с их помощью можно проводить анализ, даже окунув тест-полоску в полностью непрозрачную жидкость, скажем, определять вещества непосредственно в цельной крови. Точное численное измерение выполняется строго электронным способом с помощью портативного прибора. Ситуации «то ли да, то ли нет» абсолютно исключены».

Кроме высокой чувствительности разработка обладает большим динамическим диапазоном: верхний порог определяемой концентрации превышает нижний более чем в 4000 раз. Работу своей системы ученые протестировали, измеряя в крови концентрацию простат-специфического антигена (ПСА) — одного из предвестников рака простаты у мужчин. Кроме того, анализ на ПСА используется в криминалистике для обнаружения следов семенной жидкости.

Тестирование биосенсора

«Оба применения (диагностика рака и криминалистика) связаны с определенными ограничениями и не позволяют однозначно поставить диагноз/доказать вину подозреваемых, но возможности новой биосенсорной платформы не ограничиваются анализом ПСА; данный белок был выбран лишь для демонстрации».

Новый сенсор реагировал при концентрации ПСА вплоть до 0,025 нг/мл при норме 4 нг/мл. Такой чувствительности вполне достаточно, чтобы, например, понять, не начался ли рецидив после удаления предстательной железы.

Разработанный биосенсор можно использовать не только для медицинской диагностики, но и для анализа пищевых продуктов, лекарств и мониторинга окружающей среды. Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Источник: http://goo.gl/BQZAtT

 

Serg8888 для TOPRU