Из кремния собрали самый маленький домик
Ученые создали миниатюрную модель дома длиной около 25 микрометров. Для этого в листе кремния была вырезана развертка дома, после чего стены самостоятельно собрались из плоского листа в единую конструкцию, изгибаясь под действием облучения ионами, рассказывают авторы в журнале Journal of Vacuum Science & Technology A.
Помимо обычной электроники существует ее куда более миниатюрный аналог в виде микроэлектромеханических систем. Они привлекательны своими свойствами, но их распространение ограничено методами и инструментами производства, которые должны быть приспособлены для очень небольших масштабов. Из-за этого ученые продолжают совершенствовать методы создания небольших конструкций с очень мелкими элементами и способы манипулировать ими. Иногда во время такой работы исследователи создают довольно забавные устройства, но обычно за их созданием стоят передовые методы, которые впоследствии можно применить и для создания сложных и полезных систем.
Подобную работу представили французские материаловеды под руководством Джоэла Агнуса (Joel Agnus) из Университета Бургундии — Франш-Конте. Они использовали систему μROBOTEX, состоящую из сканирующего электронного микроскопа с большой камерой, в которой располагаются установка с фокусируемым ионным пучком, система газовой инжекции, а также микроманипулятор с шестью степенями свободы.
Для того, чтобы создать дом с помощью этих инструментов исследователи взяли кремниевую пластину толщиной 1,2 микрометра. В ней вырезали с помощью ионного пучка шаблон дома с четырьмя стенами, в которых тем же методом прорезали окна и дверь. После этого авторы собрали объемные стены из плоского шаблона с помощью техники, напоминающей технику оригами. Вместо сгибов в бумажном листе ученые утончали стыки между основанием и каждой стеной с помощью облучения ионами галлия.
Принцип сборки такого «оригами» основан на том, что при определенной для каждого материала толщине он начинает самопроизвольно изгибаться из-за облучения. Это происходит из-за того, что ионы галлия проникают вглубь образца и в основном нагревают нижнюю часть пластины. В результате в ней образуются две зоны — горячая и холодная — , которые расширяются с разной интенсивностью. Это приводит к тому, что пластина изгибается в месте утончения и стены поднимаются в нужное положение из плоского шаблона.
После этого дом сварили по швам концом оптического волокна с помощью газового напыления. Затем из кремниевой пластины аналогично стенам вырезали две части крыши, которые поднесли к дому с помощью микроманипулятора и приварили напылением. Также исследователи прикрепили к одному из скатов крыши трубу и в результате получили миниатюрный дом размером около 25 микрометров на торце оптического волокна.
В прошлом году другая группа материаловедов создала с помощью лазерной фотолитографии самый маленький спиннер в мире, причем работающий. Для того, чтобы его закрутить исследователи направляли на предметный столик со спиннером трубку с выходящим воздухом.
Григорий Копиев
Он хорошо активировал остеогенные клетки
Норвежские ученые разработали прототип костного трансплантата из аморфного фосфата кальция, который они получили из гидроксиапатита и яичной скорлупы. Он показал крайне хорошую иммуносовместимость и активацию остеогенных клеток в тканевых моделях. Исследование опубликовано в журнале Smart Materials in Medicine. В качестве трансплантата для замещения дефектов кости можно использовать кусок другой кости того же человека (аутологичный трансплантат), другого человека (аллогенный трансплантат), животного (ксеногенный трансплантат) или синтетические материалы. Несмотря на то, что аутогенные и аллогенные костные трансплантаты — золотой стандарт в таких операциях — содержат белки и клетки, которые способны формировать новую костную ткань, ограниченное количество доноров и риск переноса инфекции, равно как и техническая сложность аутогенной трансплантации, ограничивает применение этих методов. Изготовление ксеногенных полусинтетических трансплантатов сопряжено с высокими затратами на изготовление и с большими объемами медицинских отходов. Хаавард Йостейн Хауген (Håvard Jostein Haugen) из Университета Осло вместе с коллегами придумал концепцию синтетического костного трансплантата, который должен решить все эти проблемы. Они разработали метод изготовления аморфного фосфата кальция — основы искусственного синтетического костного трансплантата — с помощью синтетического гидроксиапатита и яичной скорлупы. Для этого яичную скорлупу сначала нагревали до 900 градусов Цельсия в течение часа, чтобы избавиться от органического компонента и превратить карбонат кальция (CaCO3) в оксид кальция (CaO). Полученные 5,55 грамма оксида кальция добавляли к 600 миллилитрам деионизированной воды и перемешивали со скоростью 200 оборотов в минуту. Затем к полученной суспензии добавляли 12,47 миллилитра раствора H3PO4, снова перемешивали с большей скоростью и вливали 91,5 миллилитра гидроксида натрия. Выпавший белый осадок фильтровали и промывали, а затем в пластиковых контейнерах погружали в жидкий азот. Физико-химические свойства полученного аморфного фосфата кальция оказались схожи с контрольным гидроксиапатитом, однако в экспериментальной версии ученые наблюдали большую устойчивость к рекристаллизации, которая затрудняет процесс приживления искусственной ткани к живой. Кроме того, цитотоксичность и гемолитическая активность частиц экспериментального фосфата кальция была не выше (а в некоторых тестах даже ниже), чем у контрольного материала. Также он проявлял достаточную иммуносовместимость. В двух- и трехмерных моделях мышиного зубного сосочка — эмбрионального зачатка зуба — частицы экспериментального фосфата кальция проявляли лучшую, по сравнению с контролем, активацию остеогенных клеток, которая оценивалась по экспрессии белков, ответственных за построение внеклеточного матрикса костной ткани (как органического, так и неорганического). Благодаря этому модели начинали приобретать структуру, напоминающую костную ткань. Это исследование показывает, что у яичной скорлупы как источника аморфного фосфата кальция есть потенциал использования в качестве костного полусинтетического трансплантата. При этом при его производстве практически не остается отходов. Если дефект кости небольшой, то можно воспользоваться титановыми пластинами в качестве имплантатов. Ученые придумали, как усовершенствовать их: они нанесли на них биопленку из бактерии Lactobacillus casei. Это помогло усилить регенерацию кости и защитить ее от метициллинрезистентного золотистого стафилококка.