Поверхность, которая автоматически вырабатывает биоцидные вещества при обнаружении химических сигналов микроорганизмов — это не фантастика, а реальность. Новый кремнеземный нанокомпозит B-STING, разработанный в Институте ядерной физики Польской академии наук (IFJ PAN), действует как «нанофабрика», производящая активные формы кислорода (АФК) — смертельные для бактерий, грибков и вирусов — только тогда, когда это необходимо.
В отличие от традиционных наночастиц золота или серебра, которые требуют прямого контакта и быстро изнашиваются, B-STING — это пористый диоксид кремния с мезопорами диаметром 8 нм, упорядоченными, как пчелиные соты. Внутри пор иммобилизованы отдельные атомы меди, изолированные друг от друга пропильными мостиками. Каждый атом — эффективный одноатомный катализатор, способный преобразовывать воду и кислород из воздуха в АФК без внешней активации (света, ультразвука, электричества). Материал работает даже в темноте и не требует регенерации — он живёт, пока есть воздух и влага.
Ключевое открытие: B-STING реагирует не на саму бактерию, а на её метаболические следы — снижение pH, наличие тиоловых соединений или локальные колебания кислорода. Когда микроорганизмы отсутствуют — производство АФК почти прекращается. Это делает материал безопасным для человеческих клеток: тесты на фибробластах подтвердили его биосовместимость.
Покрытия из B-STING убивают широкий спектр патогенов, устойчивы к загрязнению (грязь не блокирует поры), механически прочны, как стекло, и прозрачны — идеальны для окон, дверных ручек, выключателей, имплантатов и даже зубных пломб. Производство экономически выгодно: медь дешевле золота и серебра, а эффективны даже тончайшие слои.
В перспективе — применение не только в больницах, но и в медицинских препаратах. Исследователи уже рассматривают возможность использования B-STING как внутрителесного биоцидного компонента, потенциально превосходящего антибиотики по широте действия и устойчивости к резистентности.
Сейчас — патентный процесс. В ближайшем будущем — революция в дезинфекции без химии, без энергии, без перезарядки. Просто — живая, умная, самоактивирующаяся поверхность.
(A) ПЭГ-биотиновое покрытие NP с SA-FITC-маркировкой. (B,C) СЭМ: до/после УЗИ — агрегаты (стрелки) и отдельные NP (кружки). (D) Температура при УЗИ стабильна (≤37°C); вставка — схема установки с термопарой.
Междисциплинарная команда исследователей из Бостонского колледжа разработала революционный метод управления иммунной системой с помощью пьезоэлектрических наночастиц и удалённого ультразвукового воздействия. Этот подход позволяет активировать иммунные клетки только в очаге заболевания — например, в опухоли или инфицированной ткани — без системного воздействия на организм, что исключает токсичность и побочные эффекты традиционных лекарств.
Центральным элементом технологии являются наночастицы титаната бария (BaTiO₃) — пьезоэлектрического материала, который генерирует локальный электрический заряд при механическом воздействии, таком как ультразвук. Эти частицы вводятся внутрь макрофагов — клеток, играющих ключевую роль в распознавании патогенов, уничтожении опухолевых клеток и регуляции воспаления. При облучении ультразвуком наночастицы создают микроэлектрические импульсы, которые «перезагружают» макрофаги, переводя их в про-воспалительную, антиопухолевую форму M1.
Этот эффект был впервые продемонстрирован в in vitro экспериментах на макрофагах мышей. В отчёте, опубликованном под названием «Пьезоэлектрические наночастицы титаната бария индуцируют поляризацию M1 в макрофагах мышей с помощью ультразвука in vitro», учёные показали, что при точной настройке мощности ультразвука (не превышающей порога клеточной токсичности) более 80% макрофагов переходят в активную M1-форму, способную уничтожать опухолевые клетки и усиливать иммунный ответ.
«Мы не просто стимулируем клетки — мы направляем их функцию. Это как включить тумблер в нужном месте, а не разлить кислоту по всему организму», — поясняет профессор физики Феррис Майкл Джей Нотон, один из ведущих авторов исследования. Открытие стало неожиданным побочным эффектом: изначально команда искала способ безопасно активировать иммунные клетки, но обнаружила, что при повышенной мощности ультразвука наночастицы могут разрушать клетки. Это натолкнуло их на мысль: а нельзя ли использовать этот эффект против рака — уничтожать опухолевые клетки, насыщенные наночастицами, с помощью сфокусированного ультразвука?
Сейчас исследователи активно тестируют этот подход как тераностическую стратегию — совмещение диагностики и терапии. В сотрудничестве с Йельской школой медицины наночастицы были модифицированы радиоактивной меткой, позволяющей отслеживать их локализацию в организме с помощью ПЭТ-сканирования. Это означает, что врач может не только визуализировать опухоль, но и одновременно активировать ультразвуком наночастицы внутри неё — уничтожая раковые клетки и одновременно запуская иммунный ответ.
Но самое глубокое открытие касается не только терапии, а фундаментальной биологии. Профессор биологии Тимоти Коннолли предполагает, что пьезоэлектрический сигнал, генерируемый наночастицами, может имитировать естественный «биофизический код», который клетки используют для восприятия окружающей среды. По его гипотезе, механические и электрические стимулы вызывают формирование внутри клеток микроскопических капель — так называемых биомолекулярных конденсатов — которые изолируют и регулируют ключевые гены, контролируя клеточную судьбу: от воспаления до старения и рака.
«Если мы правильно понимаем механизм, то мы расшифровываем универсальный язык, которым клетки “говорят” друг с другом через физику, а не только химию», — говорит Коннолли. Это может изменить наше представление о том, как иммунная система реагирует на травмы, инфекции и опухоли — и открыть путь к новому классу терапий, управляемых не химическими молекулами, а физическими сигналами.
Для проверки этой гипотезы команда планирует провести одноклеточное РНК-секвенирование, чтобы сравнить генетические профили макрофагов, активированных ультразвуком, с теми, что стимулированы традиционными цитокинами. Если будут найдены схожие паттерны экспрессии генов — это подтвердит существование нового биофизического кода регуляции клеток.
Помимо Нотона и Коннолли, в исследовании участвовали профессор физики Кшиштоф Кемпа, а также студенты Бостонского колледжа Камилла Джонсон, Эллисон Чен и Дилан Хатт — чьи вклады в экспериментальную работу и анализ данных оказались критически важными.
Перспективы:
Технология уже привлекла внимание фармацевтических компаний и институтов онкологии. В ближайшие годы планируются искуственные испытания на моделях рака молочной железы и меланомы. Если успех будет подтверждён, это может стать первым в мире методом безлекарственной, точечной, визуализируемой иммунотерапии, управляемой ультразвуком — с минимальными побочными эффектами и максимальной целенаправленностью.
▫Мэр Москвы Сергей Собянин: в 2025 году московские креативные индустрии вышли на новый уровень развития.
▫Учёные Самарского политеха создали пористые материалы, которые при меньшей плотности оказались прочнее аналогов и подходят для строительства и медицины.
▫Биофизики ИТЭБ РАН разработали композитный материал из нановолокон, ускоряющий и направляющий регенерацию периферических нервов.
▫Сколтех открыл бесплатный доступ к своей книжной коллекции, созданной совместно с Российским научным фондом.
Доброго времени суток. Ситуация- есть SSD, зашифрованный BitLocker. В момент дешифровки кабель выскочил из SSD. Теперь при подключении к ПК выдается ошибка "Шифрование BitLocker на этом диске несовместимо с используемой версией Windows. Попробуйте открыть диск с помощью более новой версии Windows". Родная винда- 10 про, шифровался также на 10 про. Пробовал открыть на 11-й, ошибка та же. На другом ПК на 10-ке, то же самое. Пароль помню, код восстановления- нет. Как восстановить доступ к SSD? Ставлю много тегов, т.к. содержимое диска очень важно для меня. Заранее спасибо.
С каждым годом растёт проблема устойчивости болезнетворных бактерий к антибиотикам. Многие штаммы «супербактерий» теперь не поддаются даже самым сильным лекарствам, что стало серьёзной угрозой для мирового здравоохранения. В ответ на это учёные по всему миру ищут новые подходы к лечению инфекций.
Группа исследователей под руководством Ян Ю, профессора химии и биомедицинской инженерии Вашингтонского университета, разработала инновационный метод, позволяющий восстановить эффективность традиционных антибиотиков. Используя двусторонние наночастицы, учёные смогли значительно повысить способность лекарств уничтожать устойчивые бактерии.
Наночастицы, названные в честь римского бога Януса (двухликий бог начала и конца), имеют уникальную структуру: одна сторона заряжена положительно, что помогает им прикрепляться к бактериальной клетке, а другая — гидрофобна, что разрушает её стенку.
«Одна наночастица наносит два удара сразу», — говорит Ян Ю. Благодаря этому двойному действию микробы становятся уязвимыми для антибиотиков, которые раньше не могли проникнуть внутрь.
В лабораторных испытаниях комбинация наночастиц Януса и антибиотиков показала высокую эффективность против устойчивых штаммов E. coli и Acinetobacter baumannii, включая один из больничных штаммов, ранее не поддававшихся лечению.
По сравнению с другими наноматериалами, частицы Януса труднее обойти бактериям. Даже если микроорганизмы попытаются выработать устойчивость, этот процесс будет долгим и сложным. Более того, сами наночастицы легко модифицируются: если один тип перестанет действовать, химики могут изменить молекулы на их поверхностях.
«Наночастицы Януса легко настраиваются, что является огромным преимуществом», — отметил Ю.
В будущем учёные планируют сотрудничать с клиницистами и инженерами для тестирования технологии в реальных условиях, включая лечение инфекций у пациентов и массовое производство частиц.
«В Вашингтонском университете так много талантливых исследователей. Это идеальное место для развития нашей работы», — поделилась Ян Ю, которая присоединилась к университету всего несколько месяцев назад.
Это исследование открывает новые перспективы в борьбе с антибиотикорезистентными инфекциями и может стать важным шагом в развитии медицины будущего.
Изображение с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) искусственного хирального магнита на основе никеля, изготовленного в EPFL CMi; Определение характеристик СЭМ выполнено в EPFL CIME.
В физике и материаловедении "спиновая хиральность" — это несимметричное расположение спинов (внешнего вращения) частиц в магнитных материалах. Из-за этой асимметрии могут появляться особые электронные и магнитные свойства. Они важны для спинтроники — устройств, которые работают с вращением электронов и зарядом, чтобы обрабатывать или хранить информацию.
Создавать материалы с нужной хиральностью в большом масштабе долго было сложно. В новой статье в Nature Nanotechnology учёные из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL), Института химической физики Макса Планка и других мест предложили способ кодировать хиральность прямо в материалах. Они делают это, проектируя геометрию на наноуровне.
Доктор Мингран Сюй, первый автор, рассказал в интервью: "Мы с Дирком вдохновились архимедовым винтом и подумали о магнонном аналоге. Магноны — это коллективные возбуждения спинов, и мы хотели создать устройство, которое может их 'накачивать'."
Сначала они думали о хиральных кристаллических магнитах, но они работают только при низких температурах или с внешними полями. Поэтому команда создала искусственную платформу, где хиральность записана в геометрии на наноразмере.
Работа основана на старых исследованиях бывших аспирантов EPFL Марии Кармен Джордано и Хуэйсина Го. Они разработали методы для изменения формы материалов на наноуровне, чтобы добиться нужных магнитных свойств.
"В EPFL мы смогли реализовать идею архимедова винта в реальном устройстве — хиральном магнонном диоде," — сказал Сюй.
Учёные спроектировали крошечную трубку в форме штопора с помощью компьютера. Затем напечатали её шаблон на полимере методом двухфотонной литографии (лазерная 3D-нанопечать на наноуровне).
Дирк Грундлер, старший автор, пояснил: "Мы изменили законы физики для магнитохиральной анизотропии (MChA). С учётом неколлинеарных спинов мы создали правила дизайна магнонов в ферромагнитных структурах."
Так они сделали структуру с MChA: сопротивление материала меняется в зависимости от направления электрического тока, без внешнего магнитного поля. Это создаёт невзаимные эффекты, где ток идёт легче в одном направлении — полезно для спинтроники.
"Наш метод позволяет массовое производство и лёгкую интеграцию в электронику. MChA реализована для микроэлектронных устройств с высокой плотностью," — добавил Сюй.
Этот подход поможет создавать магнитные материалы с заданной хиральностью для спинтронных или магнонных устройств. Они могут лучше обрабатывать данные, собирать информацию и направлять сигналы.
"Традиционно свойства материалов определяла кристалличность и симметрия. Мы показали, что нано-геометрия даёт альтернативу: меняя форму, как у поликристаллического никеля, получаем новые возможности," — сказал Сюй.
В будущем другие инженеры смогут использовать этот метод для новых материалов. Команда планирует улучшать подход: 3D-печать изогнутых ферромагнитных решёток для программируемых состояний с магнитными полями. Это создаст метаматериалы для микроволновых схем.
Сюй сейчас делает больше материалов с уникальной геометрией для других свойств. "Я хочу преодолевать ограничения кристаллов, создавая формы с симметрией, которую трудно достичь в обычных кристаллах," — заключил он.
