Фонд развития Химической Физики

🏆 Продолжаем рассказывать о победителях Конкурса научных работ Фонда «Развитие химической физики». Илья Завидовский — старший научный сотрудник Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, кандидат физико-математических наук — занял 4 место с работой: 🔬 «Комплексная платформа на основе умных нанокомпозитов и анализа больших данных для предиктивной диагностики, таргетной терапии и антимикробной защиты» В основе исследования — идея объединить возможности современных наноматериалов, биомедицины и анализа больших данных в единую научно-технологическую платформу. Задача амбициозная: создавать системы, которые позволяют не только обнаруживать патологические изменения на самых ранних стадиях, но и проводить направленную терапию, контролировать ее эффективность и защищать медицинские материалы и импланты от микроорганизмов. 🧬 Как это работает? Для диагностики на клеточном уровне команда разрабатывает SERS-платформы для захвата клеток и усиления их спектрального сигнала, а также люминесцентные зонды на основе MXene. Такие системы позволяют непосредственно во время фототермического воздействия отслеживать температуру клетки и изменения ее локального химического окружения. Еще одно направление — неинвазивная диагностика по выдыхаемому воздуху. Для нее создаются высокочувствительные сенсоры на основе пористых наноструктур с контролируемым резистивным откликом. 💡 От диагностики — к терапии. ➡️ Для фототермической терапии разрабатываются гибридные наноматериалы, поглощающие излучение в ближнем ИК-диапазоне. ➡️ Для фотодинамической терапии, в том числе в условиях недостатка кислорода, создаются полимерные субмикрокапсулы, содержащие золотые нанозимы и фотосенсибилизатор. Такая архитектура позволяет одновременно генерировать активные формы кислорода и поддерживать образование молекулярного кислорода, усиливая терапевтический эффект. 🦠 Отдельное направление работы — антимикробные нанокомпозитные покрытия. Их задача — препятствовать прикреплению микроорганизмов к поверхности и подавлять образование бактериальных биопленок и грибковых колоний. Особое место в исследовании занимают активные формы кислорода (АФК). С одной стороны, они используются как инструмент терапии и антимикробной защиты. С другой — их избыток способен повреждать клетки. Поэтому исследователи изучают и обратную сторону процесса: на церебральных органоидах человека и с помощью биоинформатического анализа исследуют молекулярные механизмы нейротоксичности, вызванной АФК. Таким образом формируется целостный подход: диагностировать → воздействовать → контролировать терапевтический эффект → оценивать возможные биохимические последствия. ✅ Именно такое объединение физики, химии, материаловедения, биологии и анализа данных сегодня открывает возможности для создания новых персонализированных биомедицинских технологий. 📖 Подробнее об одном из направлений исследования — в Journal of Materials Chemistry B

Когда для эксперимента нужна мешалка, но обычная — слишком большая В лаборатории биофотоники ФИЦ ХФ РАН сейчас проводят эксперименты с облучением ДНК. ⁉️ И в процессе возникла задача: как обеспечить постоянное перемешивание образца прямо во время облучения? 🤔 Проблема в масштабе. Кювета — всего 1 × 1 см, объём жидкости — около 1 мл. Стандартные лабораторные решения для такой геометрии подходят не всегда. Тогда ученые собрали собственную микро-мешалку. 👆 Маленькая белая деталь на фото — магнитный перемешивающий элемент. Он помещается непосредственно в кювету и вращается под действием магнитного поля специальной подставки. В результате образец можно перемешивать прямо в ходе эксперимента, не вынимая его из зоны облучения. ✔️ Получилось очень простое на вид решение конкретной экспериментальной проблемы: миниатюрная кювета, 1 мл образца — и мешалка соответствующего масштаба. Такие небольшие инженерные доработки редко попадают в статьи, но именно из них во многом и состоит повседневная экспериментальная наука: если готового оборудования под задачу нет — его приходится придумывать самому.  🧪 На видео можно увидеть микро-мешалку уже в работе.

А — Адиабатический процесс 💨 Что происходит с газом, если он расширяется или сжимается настолько быстро, что практически не успевает обменяться теплом с окружающей средой? Такой процесс называют адиабатическим. 🌐 В идеализированном случае теплообмен отсутствует: Q = 0 Но это не значит, что температура вещества остаётся постоянной. Энергия системы всё равно может меняться за счёт совершения работы. Например, при адиабатическом расширении газ совершает работу и обычно охлаждается. При адиабатическом сжатии, наоборот, работа совершается над газом — и его температура растёт. Для идеального газа обратимый адиабатический процесс описывается соотношением: pVᵞ = const, где p — давление, V — объём, а γ — показатель адиабаты, равный отношению теплоёмкостей (Cₚ/Cᵥ). Где это можно встретить? ⚗️ При быстром сжатии газа в цилиндре. 🌍 При подъёме и опускании воздушных масс в атмосфере. 🚀 При расширении газов в соплах и турбинах. 🔬 В экспериментах, где характерное время процесса намного меньше времени теплообмена с окружающей средой. ❕ Важно: «адиабатический» не обязательно означает «теплоизолированный». Даже система без идеальной теплоизоляции может вести себя почти адиабатически, если процесс протекает достаточно быстро. Если тепло не успевает перейти через границу системы, энергия всё равно может перераспределяться через работу — именно в этом ключ к пониманию адиабатического процесса.

Продолжаем знакомить вас с работами победителей конкурса Фонда «Развитие химической физики» 🥉 Третье место заняла Мария Надараиа (Пяткова) — младший научный сотрудник лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения Института химии ДВО РАН. 🔬 Тема работы — разработка антибактериальных, противовоспалительных и остеоиндуктивных покрытий для имплантационных материалов. Современный имплантат должен не просто заменить поврежденный участок. В идеале его поверхность должна помогать формированию новой костной ткани, препятствовать развитию бактериальной инфекции и обеспечивать локальное действие необходимых биоактивных веществ. Именно такой многофункциональный подход лежит в основе работы Марии. 1️⃣ Сначала методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) на поверхности имплантационного материала формируют пористое кальций-фосфатное покрытие, содержащее гидроксиапатит и прочно связанное с подложкой. Затем в эту структуру вводят менахинон-7, обладающий остеоиндуктивными и противовоспалительными свойствами. 2️⃣ Следующий этап — формирование полидофаминовой пленки, в которую интегрируются ванкомицин и золедронат. Первый обеспечивает антибактериальное действие, второй ингибирует костную резорбцию и обладает противоопухолевой активностью. Полидофаминовая матрица позволяет добиться пролонгированного высвобождения веществ с сохранением их биоактивности. 🧪 Интересная особенность разработки — сочетание сразу нескольких механизмов иммобилизации биоактивных компонентов: их взаимодействия с кальций-фосфатным слоем, захвата формирующейся полимерной пленкой и химического связывания с полидофамином. В чем новизна? В рамках проекта разработаны подходы к получению имплантационных материалов, объединяющих сразу несколько важных функций: стимуляцию остеогенеза, антибактериальное, противовоспалительное и противоопухолевое действие, а также возможность адресной доставки биоактивных компонентов. При этом исследовалось не только действие отдельных материалов и веществ на ткани, но и эффекты их совместного применения в составе гибридного покрытия. 👩‍🔬 Существенная часть работы выполнена Марией лично: от анализа литературы и разработки метода получения гибридных слоев до проведения экспериментов и обработки данных. Мария также участвовала в подготовке научных статей, материалов конференций и патента и представляла результаты работы на научных конференциях. Поздравляем Марию с 🥉 3 местом в конкурсе Фонда «Развитие химической физики» и желаем дальнейших научных результатов! 📖 Подробнее о работе

🔬 «Сухая» химия: предшественники полимеров без растворителей Химики ТГУ предложили механохимический способ получать азотсодержащие производные фурана без органических растворителей. За 15 минут 87–99% исходных веществ превращались в продукты, часть которых в растворе нестабильна. Подход может использоваться для создания полимеров из возобновляемого сырья. 📖 Sustainable Chemistry and Pharmacy 🔬 Белковые нанокапсулы собираются как квазикристаллы Физики ЮФУ создали теорию самоорганизации невирусных белковых оболочек. Модель на основе теории Ландау показала, что многие такие наноконтейнеры обладают локальным квазикристаллическим порядком. Результат может пригодиться при проектировании нанореакторов и систем доставки лекарств. 📖 Journal of the Royal Society Interface 🔬 Как управлять запрещённой зоной перовскитов Физики МФТИ установили связь между симметрией кристаллической структуры галогенидных перовскитов и шириной их запрещённой зоны. Это позволит точнее подбирать свойства материалов для солнечных элементов и другой оптоэлектроники. 📖 Advanced Functional Materials 🔬 Хиральные углеродные наночастицы распознают «зеркальные» молекулы Исследователи ИТМО с коллегами создали углеродные наноколлоиды размером около 5–10 нм, сохраняющие хиральные оптические свойства в органических растворителях. Их можно использовать для различения энантиомеров, а также в светодиодах, сенсорах и перовскитной оптоэлектронике. 📖 ACS Applied Materials & Interfaces 🔬 У птиц обнаружили систему защиты магнитного компаса Биофизики СПбГУ, Зоологического института РАН и коллеги обнаружили у перелётных птиц сенсорную систему, реагирующую на слабые быстро меняющиеся магнитные поля. По гипотезе авторов, она помогает отключать магнитную навигацию во время возмущений, когда компас может давать ошибочный сигнал. 📖 Journal of the Royal Society Interface 🔬 Микросферы усиливают свет в сотни раз Учёные ИТМО разработали гибридные плазмонно-фотонные микрорезонаторы, способные усиливать люминесцентный сигнал. Такие структуры рассматриваются как основа высокочувствительных биомедицинских сенсоров, оптических меток и элементов «лаборатории на чипе». 📖 Optics & Laser Technology 🔬 Плазмоны удалось «запереть» в резонаторе размером в восьмую часть волны Физики МФТИ, ИФТТ РАН и Венского технического университета обнаружили необычный фазовый сдвиг двумерных плазмонов при отражении от металлической границы. Эффект позволяет создавать плазмонные резонаторы размером всего около 1/8 длины волны. Работа представлена сразу в двух статьях. 📖 Physical Review Letters Фото: Анастасия Дзюба, Сергей Рошаль, Университет ИТМО