Биологи и медики в последние десятилетия активно исследуют возможности применения разных типов наночастиц для диагностики и лечения. Они позволяют визуализировать ткани в живых организмах: наночастицы накапливаются в опухоли и в исследуемом органе, и с помощью рентгена или магнитного резонанса можно определить их трехмерную структуру с точностью до отдельных клеток. При этом те же наночастицы могут использоваться и для лечения — для адресной доставки лекарств или для фототермальной или фотодинамической терапии, когда воздействие электромагнитного излучения на наночастицы позволяет уничтожить опухоль, где они скопились.

Елена Переведенцева из ФИАНа и ее коллеги исследовали новую разновидность гибридных наночастиц, состоящих из наноалмазов, покрытых слоем золота. «Мы исследовали эти частицы, чтобы понять, как их можно использовать в качестве инструментов для тераностики – новой области нанобиотехнологий, сочетающей методы диагностики и терапии», ― говорит Елена Переведенцева, старший научный сотрудник Лаборатории физики неравновесных явлений в неоднородных системах.

Она и ее коллеги синтезировали частицы размером около 100 нанометров на основе обогащенного кремнием наноалмазного ядра, покрытого золотой оболочкой. Ученые вводили наночастицы в раковые клетки и в мальков рыб данио рерио, а затем получали изображения высокого разрешения. 

Визуализация клетки с наноалмазами

Красная область - цитоплазма, зеленая - наночастицы.

Новые наночастицы могут использоваться не только для получения изображений биологических структур, но для точечной доставки лекарств, измерения температуры — даже в отдельной клетке. Золотая оболочка частиц позволяет использовать их для фототермотерапии или фотодинамической терапии. Такие частицы можно подсветить инфракрасным излучением, их температура резко повысится и разрушит клетки, в которых они находятся — например, раковые клетки.

Результаты исследования, которое провели ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) и их коллеги из Тайваня, Италии и Германии, опубликованы в журнале Scientific Reports.

ß

Полиэтилен — это самый часто встречающий пластик на Земли. Каждый год его производится более 100 тонн. Проблема в том, что это невероятно инертный материал, который практически ни с чем не вступает в реакцию, а потому в естественных условиях не разлагается.

Чжен Хуань, химик из Китайской академии наук, сумел добиться разложения полиэтилена при температуре 150 градусов по Цельсию путем добавления органометаллического катализатора, маленькой, коммерчески доступной органической молекулы с содержанием иридия. Катализатор ослабляет связи, ответственные за прочную структуру полиэтилена, ускоряя его разложение и превращая в жидкий продукт. «Полученные продукты гораздо чище, чем обычные, полученные в результате сожжения», — говорит Хуань, а также добавляет, что реакцию легче контролировать, а жидкость можно использовать в качестве топлива. Пока процесс был продемонстрирован на небольших образцах пластиковых пакетов, бутылок и пищевых упаковок.

Теперь перед учеными стоят две проблемы: во-первых, увеличить производство и попробовать вывести новый метод на промышленный уровень, и, во-вторых, заменить иридий — редкий и драгоценный платиновый металл — чем-то подешевле, хотя тут возможна проблема, так как металлические катализаторы благодаря их специфике просто так заменить нельзя. Но китайские химики сохраняют оптимизм и уверяют, что скоро смогут производить новые материал литрами и даже тоннами.

Новые свойства свинец проявил во время экспериментов, результаты которых опубликованы в издании Physical Review Letters. Чтобы изучить, как меняется прочность свинца под давлением, исследователи быстро сжали образец с помощью лазеров, которыми располагает Ливерморская национальная лаборатория имени Лоуренса, расположенная в Калифорнии. Давление внутри образца достигло примерно 400 гигапаскалей — такое же давление присутствует в ядре Земли.

Прочность материала характеризует его реакцию на напряжение — силу, приложенную к заданной области. Чем большее напряжение может выдержать вещество, прежде чем оно деформируется, тем оно прочнее. Физик Эндрю Крайгер из университета Лоуренса Ливермора и его коллеги наблюдали, как колебания в свинце растут и меняются в условиях высокого давления. Рост был относительно медленным, а значит металл был в 250 раз прочнее свинца, находящегося в нормальных условиях, и примерно в 10 раз тверже высокопрочной стали.

Исследование показывает, что давление меняет структуру свинца, вызывая перестройку его кристаллической атомной решетки. Ученые пришли к выводу, что именно это структурное изменение приводит к преобразованию свинца в более прочный металл.

Когда материалы сжаты, их свойства могут существенно измениться. Например, водород, представленный на Земле в виде газа, под давлением может превратиться в металл. Понимание того, как свойства вещества изменяются под давлением, может помочь создавать защитное снаряжение нового уровня, например, пуленепробиваемые жилеты. Кстати, башни танков Т-34 изготавливались методом литья под давлением, что делало их гораздо прочнее, чем башни других танков, участвовавших в Великой Отечественной войне.

Как это возможно? Все очень просто: углерод – это второй по распространенности в организме человека элемент, а алмазы – ни что иное, как кристаллизованный углерод. Ученые уже давно научились выращивать алмазы, практически не уступающие по качеству и красоте своим природным собратьям.

Один из лидеров отрасли превращения покойников в бриллианты — швейцарская компания Algordanza. Специалисты компании рассказывают, что после кремации обычно остается от 22 до 4,5 кг золы, большую часть которой и составляет углерод. На создание бриллианта идет минимум 500 г праха, поскольку именно с таким количеством сырья инженеры могут гарантировать, что процесс производства алмаза будет успешным. Часто все решает ничтожная масса вещества – к примеру, мера углерода, которая содержится в пряди волос умершего.

С помощью химически активных веществ чистый углерод извлекают из праха и очищают от примесей. После очистки сырья в нем остается порядка 1% других элементов, таких как бор – именно он и придает «мемориальным алмазам» приятную голубоватую окраску. После очистки углерод помещают в специальную ячейку для роста кристалла, которая содержит примеси железа и кобальта – они позволяют дополнительно очистить сырье. В ячейке изначально находится крошечный алмаз, поскольку углерод лучше всего кристаллизуется, когда у него уже есть основа в виде исходного кристалла.

На последнем этапе очистки углерод превращается в графитовые листы, идеально подходящие для синтеза алмазов. В природе алмазы формируются из углеродных включений, которые попадают в лавовые ходы примерно на километровой глубине. Чтобы имитировать эту среду, ячейка с графитом помещается в специальную форму, которая отправляется в печь со стабильно высокой температурой и высоким давлением. Камера нагревается до 1370 градусов Цельсия при давлении в 394 625 кг на квадратный дюйм.

На вызревание алмаза уходит от 6 до 8 недель, в зависимости от требуемого результата. Разумеется, чем больше алмаз – тем дольше он формируется. В конечном итоге получается грубый драгоценный камень. Часто заказчики предпочитают отдать его ювелиру, чтобы тот превратил покойника в сверкающий бриллиант. Стоит отметить, что для выращивания кристалла подходит пепел, оставшийся после кремации любого живого существа, поэтому многие предпочитают превращать в драгоценности умерших домашних питомцев.