Мария mperemitina

Магнитно-резонансная томография — один из самых эффективных способов выявления онкозаболеваний на ранних стадиях. Для повышения ее точности в организм пациента может вводиться специальный контрастный агент с магнитными свойствами — при особом подборе параметров агент будет «подсвечивать» злокачественные клетки. Однако, кроме диагностики, магнитные материалы перспективны для использования при терапии онкозаболеваний. Под точечным воздействием высоких температур магнитные наночастицы могут нагреваться и разрушать оболочку раковых клеток.

Коллектив ученых НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из России и Германии представил подробное исследование наночастиц-гибридов из магнетита и золота. В перспективе такие наночастицы могут помочь в тераностике — диагностике и последующей терапии онкозаболеваний.

Роль лития, а точнее, литий-ионных аккумуляторов в нашей жизни трудно переоценить. Они используются повсюду: в мобильных телефонах, ноутбуках, фотоаппаратах, а также в наземном, водном и железнодорожном транспорте и космической технике. Литий-ионные батареи вышли на рынок в 1991 году, а уже в 2019 их изобретателям присудили Нобелевскую премию по химии – за революционный вклад в развитие технологий. При этом литий – дорогостоящий щелочной металл, а его запасы весьма ограничены. В настоящее время не существует близкой по эффективности альтернативы литий-ионным батареям. Из-за того, что литий один из самых легких элементов в периодической таблице Менделеева очень непросто найти ему замену для создания емких аккумуляторов.

Международный коллектив ученых НИТУ «МИСиС», ИБХФ РАН и Центра имени Гельмгольца Дрезден-Россендорф установил, что вместо лития в аккумуляторах можно использовать натрий, «уложенный» особым способом. Натриевые батареи будут существенно дешевле, при этом не уступая по емкости литий-ионным, а в перспективе и превосходя их.

Нейрохирургические операции – колоссально сложный процесс, требующий от врача предельного понимания структуры головного мозга, природы и формы патологии, допустимых границ вмешательства. Даже нейрохирурги с многолетним опытом могут испытывать трудности, столкнувшись с редким клиническим случаем, будь то труднодоступная локация опухоли, обширный инсульт или особенно крупная гематома.

Команда студентов НИТУ «МИСиС» разработала «фантом» человеческого мозга – модель из гидрогеля со структурным и механическим подобием реальному органу. «Фантомозг» позволит студентам изучать патологическую анатомию тканей, а практикующим нейрохирургам – проводить тренировочное оперативное вмешательство.

В силовой полупроводниковой электронике, как и во многих других областях полупроводниковой электроники, возможности кремния, основного полупроводникового материала, оказались практически исчерпанными. Поэтому ученые ведут интенсивный поиск материалов с новыми свойствами, которые позволили бы обеспечить качественный рывок в достижимых величинах напряжений и токов и рабочих температурах при сохранении высокой эффективности работы.

Ключом здесь является переход к так называемым широкозонным материалам, в которых требуется сообщить электронам атомов очень большую энергию, чтобы они начали участвовать в переносе электрического тока. Чем больше ширина запрещённой зоны, тем более высокое напряжение можно приложить к контактам прибора, не вызывая электрического пробоя, и тем ближе можно расположить контакты, уменьшая сопротивление, а значит, электрические потери мощности, и тем при более высокой температуре устройство будет сохранять свою работоспособность.

Ученые НИТУ «МИСиС», ФТИ им. А.Ф. Иоффе и компании «Совершенные кристаллы» продемонстрировали возможность изготовления нового материала и эффективного управления его свойствами с помощью дешёвой и экономичной технологии его выращивания. Материал является перспективной альтернативой кремнию в приборах силовой полупроводниковой электроники, области, имеющей дело с разработкой приборов и устройств, осуществляющих коммутацию, преобразование, усиление электрических сигналов с большими токами и напряжениями, т.е. с большой мощностью. Материал позволяет работать с более высокими напряжениями, при более высоких температурах, с меньшими потерями мощности.

Активное развитие аэрокосмической отрасли предъявляет все более серьезные требования к летательным аппаратам: они должны быть быстрыми, износостойкими, должны снижаться затраты на производство и обслуживание. Многие ведущее космические агентства (НАСА, ЕКА (Европа), а также агентства Японии, Китая и Индии) ведут активную разработку таких летательных аппаратов многоразового пользования — воздушно-космических самолетов (ВКС), применение которых позволит существенно снизить стоимость доставки людей и грузов на орбиту, а также сократить временные интервалы между полетами. С учетом такого количества требований к производительности аппаратов, требуется серьезно совершенствовать качество используемых в них материалов.

Группа ученых НИТУ «МИСиС» разработала керамический материал с самой высокой температурой плавления среди всех известных на данный момент соединений. Благодаря уникальному сочетанию физических, механических и термических свойств, материал перспективен для использования в наиболее теплонагруженных узлах летательных аппаратов — носовых обтекателях, воздушно-реактивных двигателях и острых передних кромках крыльев, работающих при температурах выше 2000 °С.

Довольно большое число наших публикаций посвящено биомедицинским технологиям. В последнее время – особенно. Нет, мы не сужаем наш профиль, просто уж очень много хороших новостей по теме. Кстати, вот еще одна – про полимерные имплантаты, поваренную соль, минералы, белки и мышей.

Две основные проблемы в имплантационной хирургии — медленная приживаемость имплантата и риск развития бактериальной инфекции в месте его установки. Ускорить приживаемость возможно изготовив имплантат из биоактивного материала, который стимулирует деление остеобластов — костных клеток пациента. С инфекцией же борются при помощи антибиотиков, но бактерии быстро вырабатывают к ним устойчивость. Эта проблема требует создания новых эффективных способов борьбы с инфекциями, например, применение ионов металлов, известных своей бактерицидной активностью или способностью к генерации активных форм кислорода (они губительны для оболочек бактерий).

Большинство современных имплантатов изготавливаются из титана — он прочен, биоинертен и не подвержен коррозии. Однако, титан не обладает биоактивными и антибактериальными свойствами, и именно поэтому ученые активно работают над созданием покрытий, устраняющих эти недостатки. Хорошие результаты демонстрирует пленка оксида титана (TiO2) — из-за пористой структуры она наиболее пригодна для деления костных клеток, а включение в ее состав кальция Ca и фосфора P обеспечивает биоактивность. Тем не менее, по-прежнему важной задачей является наделение имплантата антибактериальными свойствами.

При детектировании объекта при помощи радара на него посылается волновой сигнал, и на основании отраженной волны определяется местоположение объекта. Современные методы стелс-маскировки направлены на то, чтобы отраженная от объекта волна поглощалась маскирующим покрытием, минимизируя отклик для радара. Однако одно лишь покрытие само по себе неспособно свести этот отклик к полному нулю из-за совокупности факторов: геометрии поверхности, высокой скорости движения, прогрессивных высокочувствительных методов локации, неэффективности поглощения стелс- покрытия. Международный коллектив ученых из НИТУ «МИСиС» и Политехнического университета Турина (Италия) в рамках сотрудничества по проекту ANASTASIA предложили принципиально новый вариант стелс-маскировки, которая позволит направленному на объект сигналу радара не отражаться, не поглощаться, а просто проходить насквозь, как будто никакого объекта нет. Такой метод маскировки основан не на создании маскирующего покрытия, а на изменении конфигурации всей системы объекта.

Для приживаемости имплантата важна не только биосовместимость материала, большую роль играют и его структурные особенности: чем лучше имплантат «мимикрирует» под кость, тем быстрее начнется процесс срастания. Процесс можно сделать более эффективным при помощи введения специфических добавок, привлекающих в область имплантации собственные клетки пациента, способствующие формированию новой кости. Коллектив ученых из НИТУ «МИСиС», НИЦЭМ им. Н.Ф. Гамалеи, НМИЦ им. Н.Н. Блохина и Технического университета Дортмунда добились повышения эффективности приживаемости костных имплантатов в 5-7 раз. Как это стало возможным?

Установка такого инородного тела, как имплантат – большой стресс для организма, и именно поэтому ученые уделяют огромное внимание обеспечению быстрой приживаемости и максимально долгого срока службы изделия. Успех зависит как от свойств самого исходного материала, так и от структурных особенностей имплантата, методов производства и т.д. Можно использовать металл, керамику, различные полимеры, а также их комбинации. В идеале, чем меньше организм «ощущает» инородность имплантата, тем быстрее тот приживается, тем свободнее себя чувствуют клетки пациента, тем ниже риск отторжения. Руководствуясь этими принципами, ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из НМИЦ им. Н.Н. Блохина и Технического университета Дортмунда разработали уникальную технологию изготовления полимерных имплантатов, где «негативом» под отливку изделия служит настоящая кость.

Экраны многих современных смартфонов «страдают» выгоранием пикселей. Из-за наличия органического компонента в матрицах типа OLED (и их производных) при долговременном «подсвечивании» одних и тех же иконок на экране, пиксели начинают деградировать. Пока производители советуют пользователям периодически менять интерфейс экрана, переставлять иконки местами и регулярно обновлять заставку. На самом деле, проблему можно решить: для этого необходимо минимизировать использование органических компонентов в матрице экранов. Коллектив ученых НИТУ «МИСиС», занимающийся разработкой перовскитных тонкопленочных устройств, предложил новую модификацию светодиода, впервые применив двумерный неорганический материал в качестве электрон-транспортного слоя перовскитного светодиода.

Статья о разработке опубликована в журнале Applied Materials & Interfaces.

Ученые НИТУ «МИСиС» разработали сверхбыстрый способ получения термоэлектрического материала, способного напрямую преобразовывать тепло в электричество. Соединение на основе сложного оксида металлов было получено в 7 раз быстрее, чем во всех ранее представленных мировых экспериментах. Используемый в работе метод открывает перспективы промышленного получения порошков термоэлектрических материалов и создания на их основе устройств, которые, например, могут одновременно заряжать гаджеты и обогревать помещения.

Повышенное содержание железа в питьевой воде может нанести значительный вред здоровью — оно нередко становится причиной развития дерматитов и других аллергических реакций, заболеваний печени и почек. Превышение предельно допустимой концентрации железа в воде способствует увеличению риска инфарктов и повреждения тканей при инсультах. Есть и более прозаичные, но не менее серьезные осложнения. Повышенное содержание железа в воде — одна из основных причин так называемого биообрастания водопроводных труб. Источником слизи, образующейся на соединительных и стыковых элементах трубопровода, являются железобактерии. С течением времени такой процесс приводит к коррозии и повреждению водопроводной системы.

Ученые из НИТУ «МИСиС», Университета Лимерика (Ирландия), ИОНХ НАН Беларуси и Белорусского национального технического университета представили инновационный, экологичный и малозатратный способ получения высокоэффективных фильтрующих материалов для снижения уровня железа в питьевой воде. В основе разработки — особая модификация угля, которая позволяет более чем в 3 раза эффективнее связывать железо в составе грунтовых вод, поступающих в систему водоснабжения.

Использование 3D-печати в аэрокосмической отрасли — уже сложившийся тренд. Мировые промышленные гиганты, такие как Airbus, Boeing, General Electric, перешли от печати единичных прототипов и изделий к полноценному серийному аддитивному производству. Например, новый самолет Airbus A350 XWB содержит более 1000 различных деталей, изготовленных методом 3D-печати.

Однако при этом 3D-печать – метод не из дешевых, главным образом из-за стоимости исходного сырья. В случае использования для печати деталей готового интерметаллида, приходится сначала его отлить, а это особая технология и серьезные энергозатраты. Затем горячий расплав необходимо «распылить» струей газа, воды или плазмой для получения порошка, что значительно усложняет и увеличивает стоимость производства. Ученые НИТУ «МИСиС» нашли способ снизить стоимость производства порошков для 3D-печати – вместо метода распыления они использовали планетарную мельницу.

Как уменьшить негативные последствия химиотерапии, при этом повысив ее эффективность? Ответ довольно прост по своей сути, но весьма сложен в исполнении, а именно: необходимо добиться точечной доставки препарата в клетки опухоли. Один из наиболее перспективных способов – упаковка лекарства таким образом, чтобы оно проявляло свои терапевтические свойства только по достижении раковых клеток, не «раскрываясь» в кровотоке и не к «притягиваясь» здоровым клеткам.

Разработкой подобных методов занимается научный коллектив лаборатории неорганических наноматерилов НИТУ «МИСиС». Не так давно ученые разработали способ существенно повысить восприимчивость раковых клеток к противоопухолевому препаратам, содержащим действующее вещество доксорубицин. Для этого наночастицы бора, переносящие препарат, обогатили фолиевой кислотой, которую раковые клетки поглощают примерно в 1000 раз активнее, чем обычные.

Группа молодых ученых НИТУ «МИСиС» разработала прототип принципиально новой «ловушки» элементарных частиц для детектора LHCb в CERN, занимающегося поиском «темной материи». Новое устройство, выполняющее роль абсорбера элементарных частиц, гораздо более устойчиво к высокой радиации, излучаемой работающим детектором. Это позволит увеличить поток элементарных частиц, и в перспективе — получить новые явления при экспериментах с мезонами. Что за «темная материя», и в чем особенность нового абсорбера – в нашей статье.

Методы адресной доставки лекарств находятся на пике популярности – точечное воздействие на очаги поражения позволяет бороться с болезнью, практически не затрагивая здоровые ткани. Остаются, тем не менее, вопросы: как повысить эффективность такой терапии, ускорить действие препарата, свести к минимуму его накопление в организме? Ученые лаборатории «Биологические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» не первый год работают в этом направлении, и среди последних открытий коллектива – 30%-е повышение эффективности доставки лекарства в злокачественную опухоль при помощи нейтрофилов – клеток иммунной системы. Результаты работы опубликованы в международном научном журнале ACS Nano.

Продолжаем тему аддитивного производства, и сегодня расскажем про внутренний корпус двигателя российского вертолета ВК-2500, полностью созданный методом SLM. Разработан корпус совместно НИТУ «МИСиС» и Санкт-Петербургским государственным морским техническим университетом (СПбГМТУ). Применение аддитивных технологий для изготовления детали позволило сократить срок изготовления до 14 дней (против минимум месяца в случае изготовления классическими методами).



Корпус двигателя

Аддитивное производство металлических деталей становится все более востребовано, и неудивительно: по сравнению с традиционными промышленными технологиями, такими как литье, порошковая металлургия и механическая обработка, «аддитивка» позволяет создавать детали сложной формы, снижать вес детали за счет оптимизации конструкции, увеличивать прочность, а также быстро «выращивать» мелкосерийные детали сложной формы.

Одно из самых востребованных направлений аддитивных технологий – 3D-печать композитов для аэрокосмоса. В основном для производства деталей летательных аппаратов используется титан. Он прочный, коррозионностойкий, устойчивый к нагрузкам… НО: титан очень плотный, следовательно, тяжелый, поэтому как бы хорош он ни был, требуется искать альтернативу. Ученые НИТУ «МИСиС» нашли ее – и это алюминий. Но как же, он ведь гораздо менее прочный? О том, почему это больше не проблема, и при чем тут 3D-технологии – в нашей статье.



Образцы изделий, полученных одним из методов аддитивного производства – SLM (о нём также ниже)

Команда ученых Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» совместно с российскими, чешскими и американскими коллегами разработали биосовместимый материал для имплантации, который способен бороться с патогенными бактериями без применения антибиотиков. Благодаря действию наночастиц металлов, материал способен уничтожать до 98% процентов бактерий уже в первые 12 часов после установки. Статья о разработке опубликована в журнале Applied Materials & Interfaces.



Образцы антибактериальных покрытий