Mногофункциональный наноразмерный клеточный эндоскоп

Многофункциональный наноразмерный клеточный эндоскоп

Ученые из Университета Дрекселя создали многофункциональный наноразмерный клеточный эндоскоп который позволяет проводить комплексные анализы, определять заболевания клетки на ранней стадии развития и проводить внутриклеточные инъекции лекарственных препаратов, без риска повреждения живой клетки...

 

Ученые из Университета Дрекселя создали многофункциональный наноразмерный клеточный эндоскоп

Многофункциональный наноразмерный клеточный эндоскоп

Он позволяет проводить комплексные анализы, определять заболевания клетки на ранней стадии развития и проводить внутриклеточные инъекции лекарственных препаратов, без чувствительного повреждения живой клетки Изображения клеток проколотых наноиглой, появляющиеся на обложках журналов и книг на протяжении последнего десятилетия, стали своеобразным символом нанотехнологий в медицине и биологи, но фактически наноиглы, с помощью которых можно «сделать укол» маленькой живой клетке, не вызывая ее существенного повреждения, не были реальностью до недавнего времени.

Рис.1. Многостенные углеродные нанотрубки прикреплены к кончику стеклянной пипетки, которая покрыта непроводящим эпоксидным полимером снаружи и проводящим – изнутри.


Команда инженеров, ученых и биологов из Института Нанотехнологий Университета Дрекселя , США (DNI, USA) разработала революционное решение "все-в-одном" в виде наноразмерного эндоскопа из углеродной нанотрубки которая прилагается к стандартной микропипетке из стекла - многофункциональный наноразмерный эндоскоп для инъекций и зондирования живых клеток, практически без риска их повреждения. Эта методика позволит определять заболевания клетки на ранней стадии и заранее проводить лечение с помощью безопасных внутриклеточных инъекций лекарственных препаратов, предотвращая дальнейшее развитие болезни.


В исследованиях под руководством директора Института Нанотехнологий (DNI) Юрия Гогоци (Dr. Yury Gogotsi), профессора материаловедения и инженерии, и доктора Гарри Фридмана, профессора электротехники, для оценки клетки использовался клеточный эндоскоп, построенный на основе нанотрубок, размером примерно в тысячу раз меньше, чем человеческий волос. Такой эндоскоп обеспечивает проникновение в живую внутриклеточную среду, обеспечивая комплексный анализ клетки на молекулярном уровне с помощью, электрических и оптических сигналов, отбора микропроб и введения флуоресцентных квантовых точек, практически не повреждая клеточной оболочки.

По словам профессора Юрия Гогоци, (prof. Yury Gogotsi) эндоскопы, созданные учеными из Университета Дрекселя, имеют наименьший размер из когда-либо испытуемых."Эндоскопы открывают возможность применения новой более продвинутой технологии, незаменимой для изучения основ жизнедеятельности как отдельной клетки, так и для всей молекулярной биологии в целом".

Ядро клетки первичного гепатоцита клетка первичного гепатоцита с красителями

Ядро клетки первичного гепатоцита прокалывается эндоскопом в 100 nm

Ядро клетки первичного гепатоцита на различных типах красителей, красным оттенком митохондрии

Обычно микробиологи, при проникновении в клеточные органелы и биомолекулы, необходимом для выявления заболеваний и анализа действия новых лекарственных препаратов на жизнедеятельность и функционирование клеток, уничтожают большее их количество. Для проведения внутриклеточных инъекций широко используются стеклянные микопипетки, которые из-за сравнительно больших своих размеров причиняют серьезные повреждения, травмируют или убивают живую клетку, кроме того, такие пипетки не предназначены для передачи информации в виде оптических или электрических сигналов внутри клетки.


Как рассказал профессор Гарри Фридман (Dr. Gary Friedman), у ученых возникла идея разработки зонда, минимально травмирующего клетку, с кончиком, который, находясь внутри клетки в течение длительного времени, смог бы передавать важную информацию в виде оптических и электрических сигналов, а также позволял проводить изъятие небольших проб внутриклеточного материала. Такой зонд напоминает эндоскоп, используемый врачами для выполнения операций, минимально травмирующих внутренние органы. Достаточно простой принцип данного эндоскопа, суть которого состоит в совмещении стеклянной микропипетки, которая обычно применяется в биологических исследованиях, с углеродной нанотрубкой на кончике, обеспечит его производство и широкое использование уже в ближайшем будущем.


Профессор Майкл Шарлоу (Dr. Michael Schrlau), руководитель научно-исследовательской лаборатории в Институте Кека при Центре Материаловедения и Инжиниринга Университета Дрекселя, заявил: "Сейчас мы создаем эндоскоп для демонстрации его возможностей и возможностей влияния на живую клетку, чтобы найти ответы на некоторые вопросы, которые давно интересуют микробиологов. Также мы активно занимаемся разработкой внутриклеточных эндоскопов с возможностью комбинационной светоскопии с повышенным рассеиванием света, благодаря технологии покрытия эндоскопа золотом.


Ученые из Университета Дрекселя получили на исследования и разработки нанотрубчатых эндоскопов грант Nanoscale Interdisciplinary Research Team National Science Foundation, а также финансирование от WM Keck Foundation.
По результатам исследований опубликована статья в журнале Multifunctional carbon-nanotube cellular endoscopes. Nature Nanotechnology 6 (2011) 57–64

По материалам:

Singhal, R., Orynbayeva, Z., Kalyana Sundaram, R., Niu, J., Bhattacharyya, S., Vitol, E., Schrlau, M., Papazoglou, E., Friedman, G., & Gogotsi, Y. Multifunctional carbon-nanotube cellular endoscopes. Nature Nanotechnology 6 (2011) 57–64, DOI: 10.1038/nnano.2010.241

Drexel Researchers Create Early Disease Detection and Drug Delivery Device for Single Living Cells// http://www.drexel.edu/news/headlines/drexel-researchers-create-early-disease-detection-and-drug-delivery-device-for-single-living-cells.aspx"

 

НОВОСТИ НАУКИ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

Покрытие из максена MXene может защищать носимые устройства от электромагнитных помех

mxene-emi-fabric

Группа ученых из Университета Дрекселя (Филадельфия, США) опубликовала многообещающие результаты исследования, которые показывают, что ткань, покрытая высокопроводящим двумерным материалом под названием MXene, очень эффективно блокирует электромагнитные волны и потенциально опасное излучение. Эта работа может существенно повлиять на промышленное производство электронного текстиля, становясь привлекательной альтернативой используемым в настоящее время металлическим проводящим красителям, и позволяя широко внедрять бесшовно интегрированные текстильные устройства со значительными улучшенные характеристики экранирования электромагнитных помех.

 
Интервью профессора Юрия Гогоци о его исследованиях, разработках, поисках вдохновения, финансирования и контактов в научном мире

Профессор Юрий Гогоци, директор Института наноматериалов имени А. Дж. Дрекселя, Университет ДрекселяПрофессор Юрий Гогоци - самый цитируемый ученый украинского происхождения и один из самых высоко цитируемых ученых в мире. Например, по данным Microsoft Academic за период последние 5 лет в области материаловедения (Materials science) он занимает второе место в мире по цитируемости его работ, по уровню h-index - четвертое. Также и другие наукометрические системы присваивают ему высочайшие рейтинги в мире (Web of Science, Scopus, Google Analytics). Он открыл новые материалы - Максены, которые, возможно, изменят мир. Юрий работал в Германии, Японии, Норвегии и, наконец, остановился в США, в Университете Дрекселя. Публикуем перевод интервью профессора Юрия Гогоци Журналу "Куншт" о его разработках, поисках вдохновения, финансирования и контактов в научном мире.

 
Масштабируемая система c реактором травления для производства перспективных 2D наноматериалов максенов MXenes

alt

Недавно группа исследователей опубликовала статью в журнале Advanced Engineering Materials о том, что лабораторная система с реактором травления, разработанная в Materials Research Centre в Киеве совместно с Университетом дрекселя, может превращать керамический материал-исходник в порошкообразный черный двумерный карбид титана MXene партиями в количестве до 50 граммов за синтез.

 
Участник проекта CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетил партнерскую организацию Вильнюсский университет, Вильнюс, Литва, 22.02-14.03.2020 г

altУчастник проекта CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), выполнил визит в партнерскую организацию Вильнюсский университет, для выполнения программы совместных исследований и тренингов.

 
Наука будущего и использование разумных наноматериалов в новых технологиях. Лекция профессора Юрия Гогоци для школьников, воспитанников Малой академии наук Украины в КПИ им. Сикорского, 27 февраля 2020 года

altВсемирно известный ученый-украинец профессор Юрий Георгиевич Гогоци рассказал о последних новинках нанотехнологий. Возможность для общения с ученым мирового уровня - редкость, но воспитанникам Малой Академии Наук Украины (МАН) везет. Именно такую ​​возможность они недавно получили.

 
Участник проекта H2020 NANO2DAY от MRC Иван Гришко посетил партнерскую организацию Латвийского Университета, Риги, в ноябре-декабре 2019 года

altИнженер-исследователь из MRC Иван Гришко находится в Латвийском университете, где провел семинар по MXenes

 
Участники проекта Horizon 2020 CANBIOSE из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетили партнеров по проекту из Университета им. Адама Мицкевича в Познани, Польша, 27.10-26.11.2019019

altСовместно с польскими коллегами они  получали навыки работы с оборудованием, участвовали в работе по тестированию и характеризации наноматериалов.

 
Участники проекта Horizon 2020 NANO2DAY из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, Зозуля Юлия и Виталий Балицкий посетили партнерскую организацию Каунасский технологический университет, Каунас, Литва, август 2019 г. - октябрь 2019 г.

altСовместно с коллегами из КТУ они занимались симуляциями и моделированием механических свойств наноматериалов и нанокомпозитов.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с избранием в члены Европейской академии наук (EURASC)!

профессор Юрий Гогоци, Университет Дрекселя, СШАВ январе 2019 года профессор Юрий Гогоци был избран членом Европейской академии наук (EURASC). Профессор Юрий Гогоци - ведущий украинский и американский ученый в области химии, с 2000 года профессор Университета Дрекселя, Филадельфия, США, в области материаловедения, инженерии и нанотехнологий.

 
Участники проекта Horizon 2020 NANO2DAY из Центра материаловедения (MRC), Киев, Украина, посетили партнерскую организацию Белорусский государственный университет, Минск, Беларусь, май 2019 года.

altMRC посетил партнерскую организацию Белорусский государственный университет. Вместе с нашими партнерами из БГУ был обсужден и изучен опыт в области диспергирования CNT и графена в полимерах. Проводились сравнения разных смол  и отвердителя для изготовления полимерной матрицы.

 
Визит по проекту NANO2DAY доктора Виталися Лейсиса из Каунасского технологического университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в ноябре-декабре 2018 г.

altУченый исследователь Виталис Лейсис из Каунасского университета, Каунас, Литва, посетил Materials Research Centre, Киев, Украина,  в ноябре-декабре 2018 года для выполнения работ по проекту MSCA RISE NANO2DAY в рамках международной европейской научно-исследовательской программы Горизонт-2020.

Целью этого проекта является разработка новых многофункциональных композитов с выдающимися электронными и механическими свойствами путем включения новых наноматериалов MXene в полимерные матрицы. Во время своего визита доктор Виталис Лейсис ознакомился с разработками партнера проекта MRC, также обсуждались и прорабатывались компьютерные симуляции и моделирование структуры полимерных композитов допированных максенами (MXenes) для дальнейшего расчета их прочностных свойств.

 
ADVANCED SCIENCE NEWS: Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего».

yurigogotsi_drexel_university_2018.jpg - 466.16 Kb

Юрий Гогоци прирожденный  химик, его волнуют научные открытия и он даже не представляет, что мог бы заниматься чем- то иным.

Профессор Юрий Гогоци считает, что величайшим последним шагом в области материаловедения стало открытие новых 2D материалов, так называемых «строительных блоков будущего». Он с большим энтузиазмом относится к использованию нанотехнологий для создания «новых искусственных материалов, конструкций и устройств из наноразмерных строительных блоков» и к более широкому применению «симуляций, моделирования и компьютерных расчетов для решения проблем материаловедения», хотя и признает обеспокоенность по поводу неизвестных эффектов, которые искусственный интеллект окажет на нашу будущую жизнь. 

 
Участники проекта NANO2DAY из Materials Research Centre (MRC), Киев, Украина, в рамках международного научного сотрудничества по программе Горизонт 2020 посетили партнерскую организацию Университет Дрекселя, Филадельфия, США, сентябрь-октябрь 2018 г.

alt

Участники проекта от MRC работают в тесном сотрудничестве с исследователями из Университета Дрекселя, перенимают опыт в синтезе двумерных наноматериалов максенов (MXene), знакомятся и изучают последние разработки коллег из группы Института Наноматериалов Университета Дрекселя под руководством профессора Юрия Гогоци по синтезу максенов, их обработке и применениям для разных назначений. Участниками  от MRC совместно с  исследователями из Дрекселя в химической лаборатории Университета Дрекселя были синтезированы максены  для нужд проекта NANO2DAY. 

 
Директор Materials Research Centre Алексей Гогоци во время рабочей поездки в Университет Дрекселя по по проекту NANO2DAY выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre

altДиректор Materials Research Centre (Киев, Украина) Алексей Гогоци  во время рабочей поездки по по проекту  европейской программы HORIZON 2020 MSCA RISE Project №777810 NANO2DAY в Университет Дрекселя выступил на семинаре с презентацией компании Materials Research Centre, ее деятельности и участии в международных научно-исследовательских проектах, и в частности проекта NANO2DAY.

 
Директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer из University of Chemistry and Technology, Прага, Чехия, и посетил его семинар по 2d наноматериалам, Университет Дрекселя, США, 18 октября 2018 г.

altВо время рабочей поездки в Университет Дрекселя по международномунаучно-исследовательскому проекту NANO2DAY в рамках европейской научной программы HORIZONT 2020 директор Materials Research Centre, Киев, Украина, встретился с профессором Zdenek Sofer  из Высшей школы химической технологии,  Прага, Чехия, и посетил его семинар по наноматериалам. Професоор Zdenek Sofer выступил с интересным докладом посвященным разным двумерным материалам помимо графена. 

 

 
Визит по проекту NANO2DAY ученого-исследователя Максима Плахотнюка из Датского Технического Университета в Центр Материаловедения, Киев, Украина, в сентябре-ноябре 2018 г.

NANO2DAY project Maksym Plakhotnyuk, DTU visited MRC, November 2018Ученый-исследователь Максим Плахотнюк из исследовательской группы Technical University of Denmark (DTU), возглавляемой проф. Леоном Мишнаевским (prof. Leon Mishnaevsky, Technical University of Denmark), посетил Materials Research Centre, Киев, Украина, на протяжении сентября-ноября 2018 года по программе Горизонт-2020 в рамках проекта MSCA RISE NANO2DAY.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци с вручением Ордена Дружбы от Китайского правительства, 29 сентября 2018

altНаграду профессору Юрию Гогоци вручал Вице-премьер министр Китая Лю Хе. Орден Дружбы - высшая государственная награда Китайской Народной Республики для иностранных граждан. Орден Дружбы - самая высокая награда Китая для иностранных экспертов, которые внесли выдающийся вклад в экономическое и социальное развитие страны.

 
15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018

alt15-я Ежегодная встреча Ялтинской Европейской Стратегии (YES) «Будущее поколение всего» состоялась в Киеве 13-15 сентября 2018. В этой конференции, организованной международным форумом YES приняли участие ведущие политики, дипломаты, бизнесмены, общественные деятели и эксперты из 28 стран.

 
Поздравляем профессора Юрия Гогоци, который по версии Clarivate Analytics стал одним из самых влиятельных ученых в области физики в 2018 году!

Professor Yury GogotsiУченый украинского происхождения Юрий Гогоци, заслуженный профессор Университета Дрекселя, (Филадельфия, США) был назван известным рейтинговым агенством Clarivate Analytics одним из самых влиятельных ученых мирового класса по количеству цитирований его публикаций.

 
NAP 2018: Восьмая Международная конференция "Наноматериалы: применение и свойства", Затока, Украина, 9-14 сентября 2018,

2018 IEEE International Conference on “Nanomaterials Applications & Properties”

С 9 по 14 сентября на берегу Черного моря в пгт Затока (Одесская область) прошла уже традиционная 8-я Международная конференция «Наноматериалы: применение и свойства» (2018 IEEE International Conference on Nanomaterials: Applications & Properties)