Содержание
- 2. Биоинженерные нанолекарства Биоинженер Франк Алексис из Университета Клемсона в США разработал новые, более безопасные способы доставки
- 3. Нанотехнологии – это настоящий прорыв во многих областях – биологии, медицине, материаловедении, компьютерных технологиях, машиностроении, физике.
- 4. Микрочип для диагностики рака Исследователи из Университета Торонто использовали наноматериалы для разработки высокочувствительного чипа, с помощью
- 5. ДНК – строительный материал будущего Молекула ДНК не только несет генетическую информацию, но и может быть
- 6. Самосборные решетки из ДНК научились писать свое имя Американские нанотехнологи из Университета Дьюка создают из молекул
- 7. «Наножидкостный» транзистор поможет диагностировать рак «Наножидкостный» транзистор слишком мал, чтобы его увидеть невооруженным взглядом (изображение с
- 8. Нанопроволока на службе у онколога Исследователи из Гарвардского университета обнаружили, что присутствие раковых клеток в организме
- 9. Нанотехнологии позволяют следить за работой мозга Разработка ученых из Института Карнеги и Стэндфордского университета позволяет в
- 10. «Нано-шаттлы» возят воду Европейские химики впервые создали полностью синтетический молекулярный мотор, способный перемещать макроскопические объекты. Принцип
- 11. Основу молекулярного мотора составляют так называемые «нано-шаттлы», созданные Дэвидом Ли при непосредственном участии коллег из Болонского
- 12. Схематическое изображение сенсора: луч лазера направляется на светоотражающую структуру (пластиковый микрочип), содержащую несколько «измерительных» и контрольных
- 13. К настоящему времени компания только что завершила работу над первым прототипом устройства и планирует вывести его
- 14. Разработана «умная» био-нанотрубка Внешний слой нанотрубки — оболочка из пузыреподобных жиров, внутренний — полая микротубула, придающая
- 15. Созданная в лабораториях Калифорнийского университета в Санта-БарбареСозданная в лабораториях Калифорнийского университета в Санта-Барбаре био-нанотрубка может быть
- 16. В Массачусетсе изобрели противораковый наноснаряд Созданный в Массачусетском технологическом институте (MIT) наноснаряд внедряется в раковую клетку,
- 17. Двухкамерный наноснаряд двойного действия доказал свою эффективность и безопасность при лечении таких форм рака, как меланома
- 18. Диатомовые водоросли и нанотехнология Примерно 15 лет назад диатомовые водоросли привлекли внимание химиков, специализирующихся в области
- 19. Нанотехнология в отличие от обычной технологии исповедует принцип «от меньшего – к большему», использует сборку изделий,
- 20. Микросхемы из микроорганизмов Представители одной из разновидностей морских микроорганизмов — диатомовых водорослей — могут найти применение
- 21. Одноклеточные диатомовые водоросли (диатомеи) обладают прочным панцирем из кремнезема и могут иметь самую разнообразную форму —
- 22. «Ходячая молекула» идет к молекулярному компьютеру Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде создали молекулу, способную передвигаться
- 23. Разработанная группой профессора Людвига Бартелса (Ludwig Bartels) молекула "9,10-dithioanthracene" (DTA) копирует манеру передвижения человека, поочередно выбрасывая
- 24. Созданы 3D-модели важнейших элементов клеточной мембраны Важный шаг, способный существенно ускорить разработку новых лекарств, сделали в
- 25. нанотехнологии В настоящее время во всем мире значительное внимание уделяется развитию нанотехнологий, происходит формирование организационных структур
- 26. Важное направление связано с микро- и нанокапсулированием биологически-активных веществ (БАВ) на основе биодеградируемых полимеров, а также
- 27. 2. Нанодиагностика патологических состояний и инфекций, нанобиосенсоры Успехи последних лет в описании функционирования генома человека, молекулярных
- 28. Варьирование состава и размеров наночастиц золота, серебра и других металлов позволяет сформировать ряд маркеров с различными
- 29. 3. Наноструктурированные биосовместимые материалы Имеющиеся экспериментальные и клинические исследования показывают, что плазмонапыленные покрытия на поверхности имплантатов
- 30. Большой интерес представляют биосовместимые материалы на основе белков паутины пауков-кругопрядов (спидроин 1 и спидроин 2), которые
- 31. 4. Молекулярные машины, самосборка нано- и нанобиоструктур, молекулярное моделирование и дизайн функциональных наноструктур и их комплексов
- 32. Наиболее вероятными кандидатами на роль таких чипов являются светочувствительные мембранные белки, инициирующие и обеспечивающие работу сложнейшей
- 33. В России накоплен значительный опыт в детальном изучении молекулярных механизмов элементарных биохимических и биофизических процессов (диффузии
- 34. В связи с проблемой создания наноустройств, нанороботов и т.п. нельзя не остановится и на вопросах молекулярного
- 36. Скачать презентацию
Биоинженерные нанолекарства
Биоинженер Франк Алексис из Университета Клемсона в США разработал
Биоинженерные нанолекарства
Биоинженер Франк Алексис из Университета Клемсона в США разработал
Нанотехнологии – это настоящий прорыв во многих областях – биологии, медицине,
Нанотехнологии – это настоящий прорыв во многих областях – биологии, медицине,
Небольшое число наномедицинских препаратов уже получило разрешения на применение в терапевтических целях, в частности, для лечения онкологических заболеваний. Наночастицы позволяют лекарству преодолеть первый защитный барьер. Помимо этого, они могут «обходить» иммунную систему организма. Многослойность поверхности наночастиц или нанокапсул повышает устойчивость к действию защитных механизмов организма, позволяя препарату сохранять свою структуру и активность на более длительное время и достигнуть точки назначения. Дендромеры (древообразные полимеры) – наночастицы, позволяющие за счет своего «ветвистого» строения осуществлять целевую доставку в организм сразу нескольких препаратов.
Микрочип для диагностики рака
Исследователи из Университета Торонто использовали наноматериалы для
Микрочип для диагностики рака
Исследователи из Университета Торонто использовали наноматериалы для
ДНК – строительный материал будущего
Молекула ДНК не только несет генетическую
ДНК – строительный материал будущего
Молекула ДНК не только несет генетическую
Пирамидки, вроде той, что изображена на рисунке, имеют размер около 10 нанометров. Будучи составлены из треугольников, они, подобно стальной ферме, обладают высокой жесткостью и идеально подходят для сборки более крупных наноконструкций. Например, они могут служить основой для трехмерных электронных цепей.
Правда, для подобных применений нужно научиться соединять пирамидки между собой. На сегодняшний день уже обнаружено, что еще одна цепочка ДНК может служить своего рода клеем, соединяющим пирамидки в пары. Ученые сейчас работают над методом соединения множества пирамидок в более сложные структуры.
Схема твердой пирамидальной наноконструкции из ДНК. Каждая из четырех составляющих ее цепочек ДНК выделена своим цветом (рис. Goodman et al./Science с сайта www.sciencenews.org)
Самосборные решетки из ДНК научились
писать свое имя
Американские нанотехнологи из
Самосборные решетки из ДНК научились
писать свое имя
Американские нанотехнологи из
Упорядоченные ДНК-решетки 4х4, полученные в Университете Дьюка в 2005 году. Изображение сделано атомно-силовым микроскопом (с сайта www.dukenews.duke.edu)
Структура плитки в ДНК-решетке
Соединение липких концов плиток ДНК-решетки
ДНК-решетка, полученная в Университете Дьюка в 2003 году
«Наножидкостный» транзистор поможет диагностировать рак
«Наножидкостный» транзистор слишком мал, чтобы его
«Наножидкостный» транзистор поможет диагностировать рак
«Наножидкостный» транзистор слишком мал, чтобы его
Схема «наножидкостного» транзистора. Поток ионов в жидкости внутри нанотрубки (синего цвета) прекращается при подаче напряжения на вентиль (желтого цвета). Изображение с сайта www.berkeley.edu
Нанопроволока на службе у онколога
Исследователи из Гарвардского университета обнаружили, что
Нанопроволока на службе у онколога
Исследователи из Гарвардского университета обнаружили, что
Нанотехнологии позволяют следить за работой мозга
Разработка ученых из Института Карнеги
Нанотехнологии позволяют следить за работой мозга
Разработка ученых из Института Карнеги
В эксперименте, поставленном сотрудниками факультета биологии растений Института КарнегиВ эксперименте, поставленном сотрудниками факультета биологии растений Института Карнеги и Стэндфордского университета, наносенсоры вводились в нервные клетки, чтобы получить данные об изменениях уровня глютамата — нейротрансмиттера возбуждения, отвечающего за изменения активности нервных клеток в мозгу млекопитающих и участвующего в производстве аминокислоты глютамина. Считается, что избыток глютамата может быть причиной возникновения болезни Паркинсона или печально известного синдрома Альцгеймера.
Понимание причин, ведущих к производству новых объемов глютамата, их реабсорбции и участии в метаболических процессах, протекающих внутри отдельных нервных клеток, может, как считает руководитель группы исследователей госпожа Сакико Окумото, способствовать лучшему пониманию механизмов развития болезней нервной системы и, соответственно, помочь в разработке новых, более эффективных, лекарств.
«Нано-шаттлы» возят воду
Европейские химики впервые создали полностью синтетический молекулярный мотор,
«Нано-шаттлы» возят воду
Европейские химики впервые создали полностью синтетический молекулярный мотор,
Принцип действия молекулярного мотора. Ультрафиолетовое излучение может перемещать молекулярное кольцо-шаттл по углеводородной цепочке, изменяя смачиваемость поверхности.
Исходное состояние;
состояние под действием ультрафиолетового света.
Рис. с сайта www.rotaxane.net.
Основу молекулярного мотора составляют так называемые «нано-шаттлы», созданные Дэвидом Ли при
Основу молекулярного мотора составляют так называемые «нано-шаттлы», созданные Дэвидом Ли при
Одна из этих групп отличается чувствительностью к ультрафиолетовому излучению, а другая построена на основе тефлона. В обычных условиях кольцо, хаотически перемещаясь, соединяется с первой группой, оставляя тефлоновый «наконечник» свободным. Если же молекулярный мотор облучить ультрафиолетом, водородная связь разорвется, кольцо отцепится, переместится к тефлоновой части углеводной цепочки и снова «прилипнет» к новому хозяину.
В эксперименте слоем таких «нано-шаттлов» была покрыта золотая поверхность. Это позволило, включая и выключая источник ультрафиолета, управлять свойствами поверхности, произвольным образом меняя ее смачиваемость. А уже это, в свою очередь, позволяло перемещать лежащую на поверхности каплю.
Схематическое изображение сенсора: луч лазера направляется на светоотражающую структуру (пластиковый микрочип),
Схематическое изображение сенсора: луч лазера направляется на светоотражающую структуру (пластиковый микрочип),
Нанодетектор
К настоящему времени компания только что завершила работу над первым прототипом
К настоящему времени компания только что завершила работу над первым прототипом
Разработана «умная» био-нанотрубка
Внешний слой нанотрубки — оболочка из пузыреподобных жиров, внутренний —
Разработана «умная» био-нанотрубка
Внешний слой нанотрубки — оболочка из пузыреподобных жиров, внутренний —
Био-нанотрубка может быть использована для доставки лекарственных препаратов и генетического материала в нужное время и в нужное место.
Созданная в лабораториях Калифорнийского университета в Санта-БарбареСозданная в лабораториях Калифорнийского университета
Созданная в лабораториях Калифорнийского университета в Санта-БарбареСозданная в лабораториях Калифорнийского университета
«Разумность» био-нанотрубок состоит в том, что они открываются и закрываются в зависимости от силы прилагаемого к ним электрического разряда. То есть, в теории, созданные на их базе микрокапсулы могут нести в себе лекарство, выбрасывая его в нужном месте организма по команде врача.
Био-нанотрубка состоит из двух компонентов: скелета-микротубулы и двухслойной липидной оболочки. Как выяснилось в ходе проведенных американскими учеными экспериментов, сборка таких нанотрубок не представляет особой сложности, поскольку при определенных условиях компоненты соединяются в нужные структуры самостоятельно.
Подробное описание работы можно найти в журнале The Proceedings of the National Academy of Sciences за 9 августа.
В Массачусетсе изобрели противораковый наноснаряд
Созданный в Массачусетском технологическом институте (MIT)
В Массачусетсе изобрели противораковый наноснаряд
Созданный в Массачусетском технологическом институте (MIT)
Наночастицы, начиненные препаратом для химиотерапии (слева), формируют ядро наноклетки (справа). Фото с сайта web.mit.edu
Двухкамерный наноснаряд двойного действия доказал свою эффективность и безопасность при лечении
Двухкамерный наноснаряд двойного действия доказал свою эффективность и безопасность при лечении
Ныне используемые и разрабатываемые онкологами всего мира методы борьбы с раковыми опухолями наталкиваются на фундаментальные противоречия. Химиотерапия быстро теряет свою эффективность, наталкиваясь на повышение сопротивляемости раковых клеток и, вместе с тем, наносит тяжелый удар по здоровью пациента из-за повышенной токсичности применяемых препаратов. А новые методы антиангиогенеза (ангиогенез — прорастание ткани новыми кровеносными сосудами и капиллярами), рассчитанные на «удушение» раковой клетки путем отсечения ее от каналов поставки кислорода и питательных веществ, могут провоцировать бурный рост метастазов, с помощью которых опухоль попытается компенсировать недостаток питания и окислителя.
Попытки создания комбинированной терапии также особого успеха не принесли: препараты действуют по-разному, тяжело синхронизируются и вообще, как выразился по этому поводу руководитель исследовательской группы MIT профессор Рам Сасисехаран (Ram Sasisekharan), довольно тяжело доставить токсичное вещество в раковую клетку, если вы уже перекрыли все ее каналы кровяные сосуды.
Так что новый препарат разрабатывался уже с учетом этих проблем. Исследователи из MIT создали «шарик в шарике», структура которого напоминает настоящую живую клетку. Внешняя мембрана такой наноклетки заполняется блокиратором ангиогенеза, а внутренняя — токсичным веществом, применяемым в химиотерапии. Благодаря тому, что иммунная система этот «снаряд» не видит, наноклетка легко попадает в организм. Его диаметр — 200 нанометров — достаточно велик, чтобы «снаряд» не смог проникнуть сквозь поры нормальных кровеносных сосудов, но достаточно мал, чтобы без проблем войти в кровяное русло раковой клетки.
Попав в раковую опухоль, «снаряд» начинает разлагаться. Сначала распадается внешняя мембрана, выпуская препарат, закрывающий кровяные русла, а затем в работу включается внутренняя часть «снаряда», медленно отравляющая клетку токсинами.
По словам исследователей, наноснаряды уже были испытаны на мышах и показали свою высокую эффективность. Если мышь, которую лечили лучшими средствами химиотерапии, умирала уже через 30 дней после начала болезни, то особи, «обстрелянные» наноснарядами, в 80% случаев жили более 65 дней. Мыши из контрольной группы, вообще не получавшие лечения, умирали за 20 дней.
Диатомовые водоросли и нанотехнология
Примерно 15 лет назад диатомовые водоросли привлекли внимание
Диатомовые водоросли и нанотехнология
Примерно 15 лет назад диатомовые водоросли привлекли внимание
уникальные фильтры,
катализаторы и сорбенты с заданным размером пор, микрокапсулы для лекарств,
упрочняющие наполнители композитов,
дифракционные решетки оптических датчиков и др. Еще более захватывающие возможности открывает создание структур, повторяющих трехмерный кремнеземный скелет, но имеющих иной химический состав.
Фотографии скелетов водорослей и их колоний
Нанотехнология в отличие от обычной технологии исповедует принцип «от меньшего –
Нанотехнология в отличие от обычной технологии исповедует принцип «от меньшего –
Созданная из анатаза TiO2 структура (а),
повторяющая скелет водоросли (б)
Микросхемы из микроорганизмов
Представители одной из разновидностей морских микроорганизмов — диатомовых водорослей —
Микросхемы из микроорганизмов
Представители одной из разновидностей морских микроорганизмов — диатомовых водорослей —
На микроснимке можно разглядеть сложную структуру одного из видов диатомей (фото с сайта www.newscientist.com)
Одноклеточные диатомовые водоросли (диатомеи) обладают прочным панцирем из кремнезема и могут
Одноклеточные диатомовые водоросли (диатомеи) обладают прочным панцирем из кремнезема и могут
Кеннет Сэндхейдж (Kenneth SandhageКеннет Сэндхейдж (Kenneth Sandhage) из Технологического института штата Джорджия надеется использовать многообразие диатомовых наноструктур для разработки компонентов электронных схем будущего.
Конечная цель Сэндхейджа — создание трехмерных электронных схем, куда более сложных и мощных, чем их современные аналоги. Однако изготовление таких схем на основе привычного метода литографии — процесс чересчур трудоемкий, поэтому Сэндхейдж и его коллеги решили разработать новую, биологическую, технологию, пишет New Scientist.
Правда, кремнеземные панцири диатомей не проводят электричество, однако уже найдено несколько путей преодоления этого препятствия. Так, обработка парами металлов при температуре до 900°C позволяет замещать в диатомовых панцирях диоксид кремния электропроводным диоксидом титана или оксидом магния.
В октябре 2004 года международной команде исследователей удалось прочитать геном одного из видов диатомовых водорослей — Thalassiosira pseudonana, и существует мнение, что огромное многообразие форм диатомей контролируется всего несколькими генами. Поэтому Сэндхейдж надеется, что генетические исследования вскоре позволят выращивать диатомовые компоненты заданной формы и размера, из которых, после необходимой химической обработки, можно будет собирать сложные объемные наноструктуры.
Впрочем, не все разделяют его оптимистический настрой. Так, Марк Велланд (Mark WellandВпрочем, не все разделяют его оптимистический настрой. Так, Марк Велланд (Mark Welland), руководитель нанолаборатории Кембриджского университета, в целом называя изучение диатомей многообещающим (например, для производства фильтров и катализаторов), отмечает, что он не может даже представить себе, каким образом эти водоросли могут быть использованы для создания микросхем.
Работа опубликована в International Journal of Applied Ceramic Technology.
«Ходячая молекула» идет к молекулярному компьютеру
Исследователи из Калифорнийского университета в
«Ходячая молекула» идет к молекулярному компьютеру
Исследователи из Калифорнийского университета в
Перемещая свои «ножки» (выделены красным цветом), молекула DTA (9,10-dithioanthracene) способна передвигаться на плоской поверхности по идеально прямой линии (изображение с сайта www.ucr.edu)
Разработанная группой профессора Людвига Бартелса (Ludwig Bartels) молекула "9,10-dithioanthracene" (DTA) копирует
Разработанная группой профессора Людвига Бартелса (Ludwig Bartels) молекула "9,10-dithioanthracene" (DTA) копирует
Молекула, разумеется, ходит не сама по себе: чтобы она сделала шаг, ее нужно нагреть. В этом случае одна из ее «ножек» поднимается, перемещается вперед и опускается. Вторая «ножка» остается неподвижной, фиксируя молекулу на воображаемой прямой. Благодаря такому подходу, молекула способна самостоятельно передвигаться по прямой, без использования каких-либо направляющих. В ходе лабораторных тестов, сообщает Бартелс, молекула сделала свыше 10 000 шагов, ни разу не выйдя из равновесия.
Таким образом, разработка Бартелса и его коллег может вдохнуть новую жизнь в концепцию молекулярного компьютера, разработанную компанией IBM в 90-е годы прошлого века. В соответствии с этой концепцией кодирование информации предполагалось осуществлять, изменяя положение выстроенных в ряд молекул, перемещая их по матрице, словно костяшки счет.
Поскольку технологии тех лет не позволяли сделать наностержни, вдоль которых перемещались бы молекулы, идею отбросили. А теперь ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде доказали, что никакие наностержни здесь и не нужны. Теоретически, созданная с использованием DTA молекулярная память может хранить на квадратном дюйме в 1000 раз больше информации, чем позволяют современные технологии изготовления запоминающих устройств.
Сейчас группа Бартелса работает над созданием молекулярного храповика, способного преобразовывать случайные колебания температуры в управляемое движение на манер наручных механических часов с автоподзаводом. Размер этого храповика составит примерно один нанометр.
Описание проведенных экспериментов будет опубликовано в октябрьском номере журнала Physical Review Letters.
Созданы 3D-модели важнейших элементов клеточной мембраны
Важный шаг, способный существенно ускорить
Созданы 3D-модели важнейших элементов клеточной мембраны
Важный шаг, способный существенно ускорить
Конкретная функция этого трансмембранного белка остается неясной. База данных по структурам GPCR поможет исследователям определить функции таких белков, а это, в свою очередь, открывает перспективу создания новых лекарств www.gatech.edu
нанотехнологии
В настоящее время во всем мире значительное внимание уделяется развитию нанотехнологий,
нанотехнологии
В настоящее время во всем мире значительное внимание уделяется развитию нанотехнологий,
1. Адресная доставка лекарств.
Одной из областей интенсивного развития нанобиотехнологии в приложении к биомедицине является разработка новых методов селективной внутриклеточной и внутритканевой доставки физиологически активных веществ.
Проведенные, в частности, в МГУ им. М.В.Ломоносова предварительные исследования трансмембранного транспорта наноструктур и их комплексов с биополимерами показывают принципиальную возможность создания наноустройств (наномашин) для селективного распознавания рецепторных участков на поверхности клетки и доставки в них активных субстанций, что в перспективе способно расширить терапевтические возможности лечения онкологических заболеваний, нейродегенеративных заболеваний, нейроинфекций и др. и резко снизить терапевтические дозы лекарств, минимизировав побочные эффекты.
Важное направление связано с микро- и нанокапсулированием биологически-активных веществ (БАВ) на
Важное направление связано с микро- и нанокапсулированием биологически-активных веществ (БАВ) на
Прогресс в развитии синтеза биодеградируемых полимеров, технологии нанокапсулирования, а также методов клеточной и молекулярной физиологии и патофизиологии позволит использовать технологию создания систем контролируемого выведения БАВ на основе наночастиц из биодеградируемых полимеров для лечения раковых заболеваний, гормональных расстройств различной этимологии, атеросклероза, диабета, туберкулеза и других социально значимых болезней, а также для генной терапии широкого спектра заболеваний.
Технология включения лекарственных веществ в нанокапсулы позволит использовать многие лекарственные соединения, доставка которых в органы и ткани была бы сильно затруднена из-за их нерастворимости в воде или нестабильности; эта технология позволит снизить токсичность и добиться желаемой фармакокинетики для лекарственных препаратов. Нанокапсулирование белков и нуклеиновых кислот позволит создавать системы доставки в различные ткани организма пептидных гормонов, цитокинов и генетических конструкций. Разработка способов присоединения к наночастицам лигандов направленного действия поможет доставлять биологически-активные вещества в определенные ткани.
2. Нанодиагностика патологических состояний и инфекций, нанобиосенсоры
Успехи последних лет в описании
2. Нанодиагностика патологических состояний и инфекций, нанобиосенсоры
Успехи последних лет в описании
На сегодняшний день среди разработок в этом направлении доминирует создание микрочипов, в которых флуоресцентная метка, химически конъюгированная со специфическими реагентами, связывается с определенными участками подложки-носителя. Возможности анализа существенно расширяются при использовании в качестве детектируемых маркеров коллоидных наночастиц.
Варьирование состава и размеров наночастиц золота, серебра и других металлов позволяет
Варьирование состава и размеров наночастиц золота, серебра и других металлов позволяет
Таким образом, применение наночастиц для мечения специфических комплексов определяемого соединения (например, с помощью иммобилизации на их поверхности специфических антител) позволяет одновременно количественно определять содержание в тестируемой пробе различных соединений. Принципиальной особенностью этого подхода является возможность определять несколько соединений в одной пробе. Это позволяет не просто сократить объем пробы, но и проводить дифференциальную детекцию структурно близких соединений, способных связываться с одними и теми же рецепторными элементами.
Существенными диагностическими возможностями обладает атомно-силовая микроскопия, используемая для детектирования комплексов биомакромолекул, например, белок-антитело.
3. Наноструктурированные биосовместимые материалы
Имеющиеся экспериментальные и клинические исследования показывают, что
3. Наноструктурированные биосовместимые материалы
Имеющиеся экспериментальные и клинические исследования показывают, что
Эти условия достигаются применением слоистых наноструктурированных покрытий. Известно, что формирование заданных свойств материалов возможно путем создания условий образования самоорганизующихся структур нанодиапазона. Однако, применительно к процессам плазменного напыления биопокрытий на имплантаты условия формирования наноструктур мало изучены. Между тем переход на новый уровень взаимодействия искусственных (имплантат с покрытием) и естественных (костная ткань) материалов позволил бы качественно улучшить процесс остеоинтеграции имплантатов и повысить биологичность контакта имплантата и костного ложа.
Поэтому важно совершенствовать методы и технологии получения биопокрытий, а также находить новые способы формирования заданных свойств материалов. Необходимо также совершенствовать исследовательские комплексы для получения достоверной базы знаний о таких сложных многофакторных процессах путем изучения влияния на механические и физико-химические свойства формируемых покрытий наноструктурных образований.
Большой интерес представляют биосовместимые материалы на основе белков паутины пауков-кругопрядов (спидроин
Большой интерес представляют биосовместимые материалы на основе белков паутины пауков-кругопрядов (спидроин
Вязкоэластичные нити каркасного шелка пауков обладают одновременно высокой прочностью на разрыв, превышающей сталь и сопоставимой с кевларом, и высокой эластичностью. Это приводит к очень высоким значениям энергии разрыва, по которым этот материал не имеет аналогов среди других природных и искусственных материалов.
Белки паутины имеют очень интересную структуру. Имеется чередование гидрофильных и гидрофобных сегментов, что крайне важно для обеспечения растворимости и регулирования агрегации молекул, которая ведет к формированию нанофибрилл, а именно наличие нанофибрилл беспечивает наличие уникальных механических свойств этой нити.
Есть первые результаты, которые свидетельствуют о принципиальной возможности получения на основе рекомбинантных аналогов белков паутины искусственных нитей и пленок, по своим свойствам сопоставимых с природными нитями, а также о возможности разработки технологии создания биосовместимых материалов с уникальными свойствами.
4. Молекулярные машины, самосборка нано- и нанобиоструктур, молекулярное моделирование и дизайн функциональных
4. Молекулярные машины, самосборка нано- и нанобиоструктур, молекулярное моделирование и дизайн функциональных
Сейчас все чаще говорят о наномире, о закономерностях наномира, о его практическом использовании. Хотелось бы подчеркнуть большую общность наномира. В частности, основные «кирпичики», из которых построены живые организмы являются яркими представителями этого наномира. Ферменты, рецепторы, ионные каналы, ДНК, РНК, рибосомы, молекулярные моторы и множество других составляющих клетки и организма в целом являются в смысле своего размера наночастицами, но при этом чрезвычайно «умными» и с функциональной точки зрения очень рационально сделанными нанообъектами.
Несколько слов о возможностях нанобиотехнологии для молекулярной электроники. Биоэлектроника или био-оптоэлектроника как раздел молекулярной электроники пытается применить биоструктуры, в первую очередь белки или их модифицированные аналоги, в качестве управляемых светом модулей компьютерных и оптических устройств. Основное требование к биологическим модулям (чипам) состоит в том, что в ответ на физическое воздействие — свет они должны обратимо изменять свою конформацию и образовывать, по крайней мере, два дискретных состояния. Эти состояния должны различаться легко измеряемыми параметрами, например спектрами поглощения.
Наиболее вероятными кандидатами на роль таких чипов являются светочувствительные мембранные белки,
Наиболее вероятными кандидатами на роль таких чипов являются светочувствительные мембранные белки,
Оба эти белка обладают фотохромизмом и могут рассматриваться как основа для создания фотохромных материалов (чипов) био-оптоэлектроники.
Бактериородопсин, в отличие от других биологических структур, имеет достаточно высокую тепловую и химическую стабильность, чтобы стать первым, но отнюдь не последним, светочувствительным материалом биологического происхождения, пригодным для промышленного применения в оптоэлектронных устройствах.
Впечатляющим примером тому может служить недавнее сообщение о разработке принципиально нового носителя информации, который позволяет записывать на обычный лазерный диск до 50 терабайт информации, то есть приблизительно в десять тысяч раз больше чем на традиционный DVD. Этим новым носителем информации является бактериородопсин.
В России накоплен значительный опыт в детальном изучении молекулярных механизмов элементарных
В России накоплен значительный опыт в детальном изучении молекулярных механизмов элементарных
Широкое признание получили работы по физической теории самоорганизации белковых структур. Это делает весьма вероятным реализацию прорывных работ по созданию молекулярных машин и функциональных наноструктур и получению конкурентных преимуществ в этой области..
В связи с проблемой создания наноустройств, нанороботов и т.п. нельзя не
В связи с проблемой создания наноустройств, нанороботов и т.п. нельзя не
Причем получаемый в численных экспериментах уровень детализации процессов с участием наноструктур является максимально подробным. Относительно низкая стоимость вычислительных экспериментов по сравнению с их реальными аналогами делает методы молекулярного моделирования основным инструментом проектирования нано- и нанобиоустройств и структур.