СМИ о нас

Фотография мишенной камеры и системы диагностики лазерной плазмы, МФТИ

Международная группа ученых, в состав которой вошли специалисты из Московского физико-технического института, Объединенного института высоких температур РАН и Физического института РАН, разработала новый подход к получению сверхинтенсивных источников нейтронов и гамма-излучения. Мощный лазер (с интенсивностью излучения ~10¹⁹ Вт/см²) взаимодействует с мишенью из легчайшей полимерной пены, формируя короткоимпульсный источник десятков миллиардов нейтронов и триллионов гамма-квантов. Полученное гамма-излучение интенсивнее, чем у ускорителей частиц площадью в несколько футбольных полей. Такой источник может быть использован во многих областях исследований — от астрофизики до медицинских и биофизических приложений. Об открытии сообщает пресс-служба МФТИ.

Сверхинтенсивные фотонные и нейтронные пучки являются незаменимыми инструментами для современной науки. Например, чтобы воспроизвести в лаборатории процессы, происходящие в далеком космосе, требуются потоки нейтронов, в которых через площадку в 1 см² за секунду пролетает свыше секстиллиона (10²¹) частиц. Такие показатели недостижимы для существующих традиционных установок на основе ускорителей. Один из перспективных подходов, обсуждаемый в настоящее время, основан на применении сверхмощных лазеров.

Международная группа ученых разработала экспериментальную схему для генерации сверхинтенсивных гамма- и нейтронных пучков при умеренных релятивистских интенсивностях лазерного излучения с высокой надежностью и рекордными значениями потоков гамма-излучения и нейтронов. В  своем эксперименте ученые использовали лазер PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Heavy Ion Experiments — петаваттный высокоэнергетический лазер для экспериментов с тяжелыми ионами). Его мощность (1015 Вт) примерно в тысячу раз больше, чем суммарная мощность электростанций во всем мире, правда, импульс длится всего триллионную часть секунды. Лазерное излучение воздействует двумя последовательными импульсами: первый, «предварительный», наносекундный импульс направляется в мишень из пены триацетата целлюлозы плотностью всего 2 мг/см³, в которой за счет ионизации атомов вещества генерируется однородная плазма. Второй, более мощный, импульс пикосекундной длительности распространяется уже в созданной первым плазме, ускоряя электроны до высоких энергий. Полученная в результате этого процесса энергия электронов достигает сотни мегаэлектронвольт, что сравнимо со значениями, получаемыми на синхротронных ускорителях электронных пучков.  

Далее необходимо заставить электрон «сбросить» энергию, излучив фотон с длиной волны в десятитысячные доли нанометра (10^-4 нм) — тот самый гамма-квант, ради которого всё и затевалось. В данном эксперименте для торможения электронов была использована тонкая золотая пластинка. Таким образом исследователям удалось получить направленные пучки гамма-излучения, содержащие триллионы квантов. В эксперименте была достигнута рекордная эффективность преобразования (более 1,4 %) лазерной энергии в гамма-излучение с энергией выше 10 МэВ.  

Установив поодаль от основной мишени слои металлических фольг (в эксперименте использовались золото, хром тантал и индий), исследователи зарегистрировали мощное нейтронное излучение — более 60 миллиардов частиц. Нейтроны высвобождаются в ходе фотоядерной реакции при поглощении ядром металла высокоэнергетического гамма-кванта. Эффективность преобразования лазерной энергии в нейтроны составила порядка 0,05 %.  

Кроме того, причиной ядерной реакции могут стать протоны, которые также возможно ускорить с помощью лазерного излучения. В качестве источника протонов использовалась металлическая фольга, которую располагали на задней плоскости полимерной мишени. Ускоренные в полимерной мишени под воздействием лазера электроны покидали фольгу, формируя отрицательный заряд снаружи, при этом сама фольга заряжалась положительно. Возникшее между отрицательным и положительным зарядом электростатическое поле «вытягивает» из фольги протоны. 

Интерес ученых к нейтронам обусловлен тем, что они не несут электрического заряда и поэтому могут проникать глубоко в атомы вещества. «Освещение» материалов нейтронами позволяет различать положения атомов легких элементов (водорода, кислорода и других), что почти невозможно с использованием рентгеновских и гамма-лучей. По этой причине нейтроны успешно применяются при изучении белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микронеоднородностей в растворах и сплавах, в медицине и других областях. Астрофизики с помощью лабораторных источников нейтронного излучения могут проверить предположения о процессах, происходящих в недоступных для нас звездах. 

В итоге относительно недорогая и компактная лазерная установка оказалась способна в некоторых аспектах заменить собой классический радиочастотный ускоритель электронов. Полученный импульсный источник направленного рентгеновского излучения и нейтронов может быть использован во многих областях исследований — в рентгенографических и материаловедческих,  в медицинских и биофизических приложениях (включая FLASH-радиотерапию), а также ядерных исследованиях.

Работа опубликована в журнале Nature Communications

https://polit.ru/news/2022/06/22/ps_mipt/

Фото: пресс-служба МФТИ

Международная исследовательская группа, в которую вошли ученые из МФТИ, Объединенного института высоких температур РАН и Физического института им. П. Н. Лебедева РАН, разработала компактный ускоритель частиц, который может быть источником нейтронов и гамма-квантов. Хотя это устройство легко помещается в кабинете, по мощности оно превосходит даже крупные синхротроны. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

В настоящее время во многих отраслях науки используются фотонные и нейтронные пучки высокой интенсивности. Нейтронные пучки помогают в структурных исследованиях биомолекул и полимеров. Направленные пучки частиц также могут применяться в медицине, например в FLASH-радиотерапии. Для астрономов и астрофизиков способность генерирования нейтронных пучков тоже незаменима, поскольку это позволило бы моделировать условия в космосе, где за секунду площадку площадью 1 см² может пересечь 1021 (секстиллион) частиц. Классические ускорители частиц, даже занимая площадь в несколько футбольных полей, не могут достичь тех же значений. Поэтому сейчас ученые обращаются к использованию лазеров.

Исследователи использовали высокоэнергетический лазер PHELIX, который предназначен для работы с тяжелыми ионами. Он является петаваттным, то есть он способен генерировать излучение мощностью 10¹⁵ Вт. Это на три порядка превышает мощность всех электростанций в мире, но данный лазер генерирует только краткосрочные импульсы, которые длятся одну пикосекунду (10^-12 с). Чтобы эта установка могла генерировать нейтроны и гамма-кванты, лазер в течение наносекунды действует на мишень из мягкого полимера — триацетата целлюлозы. В результате этого атомы вещества ионизируются и образуется плазма. После этого подается еще один, более мощный и краткий, пикосекундный импульс, разгоняющий электроны плазмы до высоких энергий. Для торможения электронов в эксперименте использовались металлические фольги из золота, хрома, тантала и индия. Эффективнее всего оказалась золотая фольга. При столкновении электронов с фольгой они избавлялись от избытка энергии, излучали фотон в форме гамма-излучения, а также являлись источником нейтронов, что было связано с протеканием ядерной реакции.

Установка показала рекордные значения эффективности преобразования лазерного излучения в гамма-кванты с энергией выше 10 МэВ — более 1,4%. Эффективность преобразования излучения в нейтроны составила 0,05%, и в ходе экспериментов ученым удалось получить более 60 млрд этих частиц.

Особенностью этой установки стала ее компактность и низкая себестоимость, поэтому ее можно поместить прямо в кабинете. При этом она может генерировать гамма-излучение высокой интенсивности, превосходя крупные, масштабные синхротроны.

Автор: Елизавета Перепелица

https://inscience.news/ru/article/russian-science/9880

Фото: pxhere.com

Международная команда ученых, работающих в МФТИ, Объединенном институте высоких температур РАН и Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН, представила новую разработку в виде компактного ускорителя частиц. Хотя аппарат легко поместить в кабинете, он гораздо мощнее даже крупных синхротронов.

Как рассказал журнал Nature Communications, устройство можно использовать как источник нейтронов и гамма-квантов. Сейчас многие отрасли науки используют пучки таких частиц высокой интенсивности. Подобные лучи помогают в исследованиях биомолекул и полимеров, могут применяться в медицине, например, во FLASH-радиотерапии.

Однако классический ускоритель частиц, даже площадью в несколько футбольных полей, зачастую не может достичь требуемых скоростей. На сей раз исследователи обратились к помощи лазера. Они применили высокоэнергетический лазер PHELIX, предназначенный для работы с тяжелыми ионами.

Установка показала рекорд эффективности – в ходе экспериментов ученым удалось получить более 60 млрд нейтронов. Особенностью аппарата являются компактность и низкая себестоимость.

Автор: Илон Смирнов

https://www.marpravda.ru/news/tekhnologii/nature-communications-uchenye-ran-razrabotali-kompaktnyy-i-moshchnyy-sinkhrotron-/

Международная группа ученых, в состав которой вошли специалисты из МФТИ, ОИВТ РАН и ФИ РАН, разработала новый подход к получению сверхинтенсивных источников нейтронов и гамма-излучения. Мощный лазер (с интенсивностью излучения ~1019 Вт/см2) взаимодействует с мишенью из легчайшей полимерной пены, формируя короткоимпульсный источник десятков миллиардов нейтронов и триллионов гамма-квантов. Полученное гамма-излучение интенсивнее, чем у ускорителей частиц площадью в несколько футбольных полей. Такой источник может быть использован во многих областях исследований — от астрофизики до медицинских и биофизических приложений. Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Сверхинтенсивные фотонные и нейтронные пучки являются незаменимыми инструментами для современной науки. Например, чтобы воспроизвести в лаборатории процессы, происходящие в далеком космосе, требуются потоки нейтронов, в которых через площадку в 1 см2 за секунду пролетает свыше секстиллиона (1021) частиц. Такие показатели недостижимы для существующих традиционных установок на основе ускорителей. Один из перспективных подходов, обсуждаемый в настоящее время, основан на применении сверхмощных лазеров.

Международная группа ученых разработала экспериментальную схему для генерации сверхинтенсивных гамма- и нейтронных пучков при умеренных релятивистских интенсивностях лазерного излучения с высокой надежностью и рекордными значениями потоков гамма-излучения и нейтронов. В  своем эксперименте ученые использовали лазер PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Heavy Ion Experiments — петаваттный высокоэнергетический лазер для экспериментов с тяжелыми ионами). Его мощность (1015 Вт) примерно в тысячу раз больше, чем суммарная мощность электростанций во всем мире, правда, импульс длится всего триллионную часть секунды. Лазерное излучение воздействует двумя последовательными импульсами: первый, «предварительный» наносекундный импульс направляется в мишень из пены триацетата целлюлозы плотностью всего 2 мг/см3, в которой за счет ионизации атомов вещества генерируется однородная плазма. Второй, более мощный импульс пикосекундной длительности распространяется уже в созданной первым плазме, ускоряя электроны до высоких энергий. Полученная в результате этого процесса энергия электронов достигает сотни мегаэлектронвольт, что сравнимо со значениями, получаемыми на синхротронных ускорителях электронных пучков.  

Далее необходимо заставить электрон «сбросить» энергию, излучив фотон с длиной волны в десятитысячные доли нанометра (10-4 нм) — тот самый гамма-квант, ради которого все и затевалось. В данном эксперименте для торможения электронов была использована тонкая золотая пластинка. Таким образом исследователям удалось получить направленные пучки гамма-излучения, содержащие триллионы квантов. В эксперименте была достигнута рекордная эффективность преобразования (более 1,4%) лазерной энергии в гамма-излучение с энергией выше 10 МэВ.  

Установив поодаль от основной мишени слои металлических фольг (в эксперименте использовались золото, хром тантал и индий), исследователи зарегистрировали мощное нейтронное излучение — более 60 миллиардов частиц. Нейтроны высвобождаются в ходе фотоядерной реакции при поглощении ядром металла высокоэнергетического гамма-кванта. Эффективность преобразования лазерной энергии в нейтроны составила порядка 0,05%.  

Кроме того, причиной ядерной реакции могут стать протоны, которые также возможно ускорить с помощью лазерного излучения. В качестве источника протонов использовалась металлическая фольга, которую располагали на задней плоскости полимерной мишени. Ускоренные в полимерной мишени под воздействием лазера электроны покидали фольгу, формируя отрицательный заряд снаружи, при этом сама фольга заряжалась положительно. Возникшее между отрицательным и положительным зарядом электростатическое поле «вытягивает» из фольги протоны. 

Интерес ученых к нейтронам обусловлен тем, что они не несут электрического заряда и поэтому могут проникать глубоко в атомы вещества. «Освещение» материалов нейтронами позволяет различать положения атомов легких элементов (водорода, кислорода и других), что почти невозможно с использованием рентгеновских и гамма-лучей. По этой причине нейтроны успешно применяются при изучении белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микронеоднородностей в растворах и сплавах, в медицине и других областях. Астрофизики с помощью лабораторных источников нейтронного излучения могут проверить предположения о процессах, происходящих в недоступных для нас звездах. 

В итоге относительно недорогая и компактная лазерная установка оказалась способна в некоторых аспектах заменить собой классический радиочастотный ускоритель электронов. Полученный импульсный источник направленного рентгеновского излучения и нейтронов может быть использован во многих областях исследований — в рентгенографических и материаловедческих,  в медицинских и биофизических приложениях (включая FLASH-радиотерапию), а также ядерных исследованиях.

Фото. Слева — исследовательский коллектив в экспериментальном зале лазера PHELIX в GSI (Германия, Дармштадт), справа — пример рентгенографического изображения тестового объекта (часы), в центре — фотография мишенной камеры и системы диагностики лазерной плазмы. 

«Эти исследования являются хорошим примером важности сотрудничества как экспериментаторов с теоретиками, так и ученых из разных стран, — отмечает Николай Андреев, руководитель лаборатории лазерной плазмы ОИВТ РАН, профессор кафедры физики высоких плотностей энергии МФТИ. — Новые, важные для развития фундаментальной и прикладной науки, рекордные результаты были получены с использованием полномасштабного численного моделирования при планировании и обработке результатов эксперимента, для чего потребовались самые современные вычислительные комплексы в России и Германии. Решающим элементом в экспериментах, которыми руководит выпускница Физтеха профессор Ольга Николаевна Розмей, являются уникальные мишени из пены, созданные в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН, в лаборатории термоядерных мишеней нейтронно-физического отдела, возглавляемого Натальей Глебовной Борисенко».

Пресс-служба МФТИ

https://poisknews.ru/themes/tehno/sinhrotron-v-kabinete-nature-communications-o-novom-podhode-k-polucheniyu-sverhintensivnyh-istochnikov-nejtronov-i-gamma-izlucheniya/

Международная группа ученых, в состав которой вошли специалисты из МФТИ, ОИВТ РАН и ФИ РАН, разработала новый подход к получению сверхинтенсивных источников нейтронов и гамма-излучения. Мощный поток взаимодействует с мишенью из легчайшей полимерной пены, формируя короткоимпульсный источник десятков миллиардов нейтронов и триллионов гамма-квантов. Полученное гамма-излучение интенсивнее, чем у ускорителей частиц площадью в несколько футбольных полей. Такой источник может быть использован во многих областях исследований — от астрофизики до медицинских и биофизических приложений.

Мишенная камера и система диагностики лазерной плазмы / ©Пресс-служба МФТИ

Работа опубликована в журнале Nature Communications. Сверхинтенсивные фотонные и нейтронные пучки — это незаменимые инструменты для современной науки. Например, чтобы воспроизвести в лаборатории процессы, происходящие в далеком космосе, требуются потоки нейтронов, в которых через площадку в один квадратный сантиметр за секунду пролетает свыше секстиллиона (1021) частиц. Такие показатели недостижимы для существующих традиционных установок на основе ускорителей. Один из перспективных подходов, обсуждаемый в настоящее время, основан на применении сверхмощных лазеров.

Международная группа ученых разработала экспериментальную схему для генерации сверхинтенсивных гамма- и нейтронных пучков при умеренных релятивистских интенсивностях лазерного излучения с высокой надежностью и рекордными значениями потоков гамма-излучения и нейтронов. В своем эксперименте ученые использовали лазер PHELIX (Petawatt High-Energy Laser for Heavy Ion Experiments — петаваттный высокоэнергетический лазер для экспериментов с тяжелыми ионами). Его мощность (10¹⁵ Вт) примерно в тысячу раз больше, чем суммарная мощность электростанций во всем мире, правда, импульс длится всего триллионную часть секунды.

Лазерное излучение воздействует двумя последовательными импульсами: первый, «предварительный» наносекундный импульс направляется в мишень из пены триацетата целлюлозы плотностью всего два мг/см³, в которой за счет ионизации атомов вещества генерируется однородная плазма. Второй, более мощный импульс пикосекундной длительности распространяется уже в созданной первым плазме, ускоряя электроны до высоких энергий. Полученная в результате этого процесса энергия электронов достигает сотни мегаэлектронвольт, что сравнимо со значениями, получаемыми на синхротронных ускорителях электронных пучков.

Далее необходимо заставить электрон «сбросить» энергию, излучив фотон с длиной волны в десятитысячные доли нанометра (10^-4 нм) — тот самый гамма-квант, ради которого все и затевалось. В этом эксперименте для торможения электронов была использована тонкая золотая пластинка. Таким образом исследователям удалось получить направленные пучки гамма-излучения, содержащие триллионы квантов. В эксперименте была достигнута рекордная эффективность преобразования (более 1,4 процентов) лазерной энергии в гамма-излучение с энергией выше 10 МэВ.

Исследовательский коллектив в экспериментальном зале лазера PHELIX в GSI (Германия, Дармштадт) / ©Пресс-служба МФТИ

Установив поодаль от основной мишени слои металлической фольги (в эксперименте использовались золото, хром тантал и индий), исследователи зарегистрировали мощное нейтронное излучение — более 60 миллиардов частиц. Нейтроны высвобождаются в ходе фотоядерной реакции при поглощении ядром металла высокоэнергетического гамма-кванта. Эффективность преобразования лазерной энергии в нейтроны составила порядка 0,05 процентов.

Кроме того, причиной ядерной реакции могут стать протоны, которые также возможно ускорить с помощью лазерного излучения. В качестве источника протонов использовалась металлическая фольга, которую располагали на задней плоскости полимерной мишени. Ускоренные в полимерной мишени под воздействием лазера электроны покидали фольгу, формируя отрицательный заряд снаружи, при этом сама фольга заряжалась положительно. Возникшее между отрицательным и положительным зарядом электростатическое поле «вытягивает» из фольги протоны.

Интерес ученых к нейтронам обусловлен тем, что они не несут электрического заряда и поэтому могут проникать глубоко в атомы вещества. «Освещение» материалов нейтронами позволяет различать положения атомов легких элементов (водорода, кислорода и других), что почти невозможно с использованием рентгеновских и гамма-лучей. По этой причине нейтроны успешно применяются при изучении белковых макромолекул, полимеров, микродефектов и микронеоднородностей в растворах и сплавах, в медицине и других областях. Астрофизики с помощью лабораторных источников нейтронного излучения могут проверить предположения о процессах, происходящих в недоступных для нас звездах.

В итоге относительно недорогая и компактная лазерная установка оказалась способна в некоторых аспектах заменить собой классический радиочастотный ускоритель электронов. Полученный импульсный источник направленного рентгеновского излучения и нейтронов может быть использован во многих областях исследований — в рентгенографических и материаловедческих, в медицинских и биофизических приложениях (включая FLASH-радиотерапию), а также ядерных исследованиях.

Пример рентгенографического изображения тестового объекта (часы) / ©Пресс-служба МФТИ

«Эти исследования являются хорошим примером важности сотрудничества как экспериментаторов с теоретиками, так и ученых из разных стран, — отмечает Николай Андреев, руководитель лаборатории лазерной плазмы ОИВТ РАН, профессор кафедры физики высоких плотностей энергии МФТИ.

— Новые, важные для развития фундаментальной и прикладной науки, рекордные результаты были получены с использованием полномасштабного численного моделирования при планировании и обработке результатов эксперимента, для чего потребовались самые современные вычислительные комплексы в России и Германии. Решающим элементом в экспериментах, которыми руководит выпускница Физтеха профессор Ольга Николаевна Розмей, являются уникальные мишени из пены, созданные в Физическом институте имени П. Н. Лебедева РАН, в лаборатории термоядерных мишеней нейтронно-физического отдела, возглавляемого Натальей Глебовной Борисенко».

https://naked-science.ru/article/column/razrabotan-novyj-podhod-k-polucheniyu

Золотая медаль имени Л.В. Келдыша присуждается российским учёным за выдающиеся работы в области физики конденсированного состояния.  2021 год стал первым годом присуждения этой награды. РАН учредила золотую медаль им. Л. В. Келдыша в декабре 2019 года с целью увековечения памяти выдающегося учёного и организатора науки академика Российской академии наук Леонида Келдыша.

Президиум РАН впервые присудил золотую медаль имени Л.В. Келдыша главному научному сотруднику Института физики твердого тела РАН академику Владиславу Тимофееву. Учёный отмечен за выдающиеся работы по физике многочастичных систем в твердых телах. 2 июня 2022 года в Российской академии наук Владиславу Борисовичу вручили заслуженную награду.

Академик В.Б. Тимофеев - российский физик-экспериментатор, работы которого в области физики полупроводников и твердого тела широко известны и получили мировое признание. Его работы заложили оcновы нового направления - магнитооптики низкоразмерных электронных систем в ультраквантовом пределе. Тимофеев заложил основы термодинамики неравновесных электронно-дырочных систем в полупроводниках.

Леонид Вениаминович Келдыш - выдающийся специалист в области физики твёрдого тела. Основные научные труды учёного посвящены квантовой теории систем многих частиц, физике твердого тела, а также физике полупроводников, квантовой радиофизике. С 1989 до 1993 года Леонид Вениаминович был директором Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

Источник: ФИАН

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/06/22/125743

Золотая медаль имени Л.В. Келдыша присуждается российским учёным за выдающиеся работы в области физики конденсированного состояния. 2021 год стал первым годом присуждения этой награды. РАН учредила золотую медаль им. Л.В. Келдыша в декабре 2019 года с целью увековечения памяти выдающегося учёного и организатора науки академика Российской академии наук Леонида Келдыша.

Президиум РАН впервые присудил золотую медаль имени Л.В. Келдыша главному научному сотруднику Института физики твердого тела РАН академику Владиславу Тимофееву. Учёный отмечен за выдающиеся работы по физике многочастичных систем в твердых телах. 2 июня 2022 года в Российской академии наук Владиславу Борисовичу вручили заслуженную награду.

Академик В.Б. Тимофеев - российский физик-экспериментатор, работы которого в области физики полупроводников и твердого тела широко известны и получили мировое признание. Его работы заложили оcновы нового направления – магнитооптики низкоразмерных электронных систем в ультраквантовом пределе. Тимофеев заложил основы термодинамики неравновесных электронно-дырочных систем в полупроводниках.

Леонид Вениаминович Келдыш - выдающийся специалист в области физики твёрдого тела. Основные научные труды учёного посвящены квантовой теории систем многих частиц, физике твердого тела, а также физике полупроводников, квантовой радиофизике. С 1989 до 1993 года Леонид Вениаминович был директором Физического института им. П.Н. Лебедева РАН.

Информация и фото предоставлены отделом по связям с общественностью ФИАН
Разместила Ирина Усик

https://scientificrussia.ru/articles/v-ran-vrucili-pervuu-zolotuu-medal-im-lv-keldysa

Физики создали новый тип наночастиц на базе наноразмерных алмазов, которые можно использовать для изучения структуры раковых опухолей и их уничтожения при помощи лазерного излучения. Об этом сообщила пресс-служба Физического института РАН.

«Новые наночастицы на основе алмазов и золота могут использоваться не только для получения изображений биологических структур, но для точечной доставки лекарств, измерения температуры – даже в отдельной клетке. Золотая оболочка частиц позволяет использовать их для фототермотерапии или фотодинамической терапии», – говорилось в сообщении.

Группа российских и зарубежных физиков под руководством Чэна Чиаляна, профессора Национального университета Донхуа в Хуаляне, разработала новый тип наночастиц на базе наноалмазов, которые можно применять для диагностики рака и наблюдений за работой внутренних органов тела при помощи сразу нескольких систем биовизуализации и микроскопии.

Эти наночастицы – полые сферические структуры, в алмазных стенках которых присутствуют вкрапления из одиночных атомов кремния. Поверхность этих алмазных сфер покрыта слоем золота. Он позволяет использовать наночастицы не только для «подсветки» опухолей, но и их уничтожения при помощи лазерного излучения, которое заставляет наноалмазы «выжигать» окружающие клетки.

Как отмечает Елена Переведенцева, старший научный сотрудник ФИАН, структура разработанных учеными наночастиц позволяет локализовать их положение внутри организма и использовать их для диагностики опухолей и изучения здоровых тканей при помощи четырех разных методик биовизуализации.

Работу этих наночастиц ученые проверили на культурах раковых клеток, а также на мальках рыбок вида Danio rerio. Последующие опыты подтвердили, что наночастицы были четко видны в изучаемых биообразцах при помощи всех четырех методик наблюдения, что позволяет использовать их в широком спектре медицинских исследований и научных опытов.

Источник: телеграм-канал РАН

https://poisknews.ru/nanotehnologii/v-fian-sozdany-almaznye-nanochasticzy-dlya-podsvetki-rakovyh-opuholej/

Группа ученых во главе с директором Дагестанского федерального исследовательского центра РАН Акаем Муртазаевым продолжит исследования микроволнового астроклимата в Дагестане для оценки перспектив размещения субтерагерцового радиотелескопа. Третья по счету экспедиция в Дагестане проводится в рамках готовящейся академической программы развития субтерагерцовой астрономии.

В понедельник, 20 июня, на двухмесячное дежурство в Дагестан приедет делегация из трех научных сотрудников, в которую входит научный сотрудник Специальной астрофизической обсерватории РАН Андрей Марухно. Помимо установки прибора, они обследуют окрестности площадки горы Маяк около села Гуниб Гунибского района по заказу обсерваторостроителей: оценят размеры и доступность площадок, проблемы создания коммуникаций (доставка, энергетика, связь), а также измерят углы закрытия горизонта.

Ранее учёными из четырёх академических учреждений, подведомственных Минобрнауки России: Дагестанского федерального исследовательского центра РАН, Специальной астрофизической обсерватории РАН (Карачаево-Черкесия), Астрокосмического центра ФИАН им. П. Лебедева (Москва) и Института прикладной физики РАН (Нижний Новгород), были изучены площадки горы Маяк около села Гуниб Гунибского района, горы Шалбуздаг около села Мискинджа Докузпаринского района и в селе Чираг Агульского района.

«Целью этих экспедиций является натуральное изучение микроволнового астроклимата в наиболее перспективных условиях для закрытия инструментов субтерагерцового облучения точек горного Дагестана. В течение 8 лет учёными велись исследования микроволнового астроклимата в западной части Кавказа – в Карачаево-Черкесии и Кабардино-Балкарии, совершена экспедиция на вершину Эльбруса. Результаты исследований показывают, что геофизические и атмосферные условия для установки телескопа у нас лучше», - говорит руководитель экспедиции Акай Муртазаев.

Отмечено, что исследования проводятся в рамках крупного международного проекта и курируются Российской академией наук. В этой связи стоит напомнить о подписанном накануне на полях XXV Международного экономического форума в Санкт-Петербурге рамочном Соглашении о сотрудничестве между Дагестаном и Российской академией наук. Муртазаев уверен, что документ позволит более активно привлекать к реализации проекта республиканские министерства и ведомства, а также инвестиции в развитие научного потенциала Дагестана.

Автор: Венера Гамзатова

https://riadagestan.ru/news/science/uchyenye_prodolzhat_issledovaniya_mikrovolnovogo_astroklimata_v_dagestane/

Ученые создали новый тип наночастиц из наноразмерных алмазов, покрытых золотом, и в экспериментах на рыбах и раковых клетках убедились, что они позволяют детальнее, чем обычные флуоресцентные маркеры на основе антител или нуклеиновых кислот, видеть структуру тканей в живых организмах. В перспективе алмазно-золотые наночастицы помогут в ранней диагностике рака, доставлять лекарства точно в нужную точку и “выжигать” опухоли с помощью фототермической терапии. Результаты исследования, которое провели ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) их коллеги из Тайваня, Италии и Германии, опубликованы в журнале Scientific Reports.

Биологи и медики в последние десятилетия активно исследуют возможности применения разных типов наночастиц для диагностики и лечения. Они, например, позволяют визуализировать органы и ткани в живых организмах: наночастицы накапливаются в опухоли и в исследуемом органе, и с помощью рентгена или магнитного резонанса можно точно определить их трехмерную структуру с точностью до отдельных клеток. При этом те же наночастицы могут использоваться и для лечения - для адресной доставки лекарств или для фототермальной или фотодинамической терапии, когда воздействие электромагнитного излучения на наночастицы позволяет уничтожить опухоль, где они скопились.

Наночастицы с разными структурами поверхности, разным составом демонстрируют разные свойства, которые не всегда можно предсказать исходя из свойств компонентов. Елена Переведенцева из ФИАНа и ее коллеги исследовали новую разновидность гибридных наночастиц, состоящих из наноалмазов с кремниевыми вакансиями, покрытых слоем золота.

«Мы исследовали эти частицы, чтобы понять, как их можно использовать в качестве инструментов для тераностики – новой области нанобиотехнологий, сочетающей методы диагностики и терапии. А поскольку они гибридные, там может быть два направления. Одно ― это смотреть собственно свойства, которые возникают за счет сочетания в наномасштабе двух материалов. Второе ― поскольку эти два материала имеют разные оптические свойства, можно посмотреть могут ли они быть использованы как частицы для получения изображений с помощью разных методов, то есть для биовизуализации», ― объясняет Елена Переведенцева, старший научный сотрудник Лаборатории физики неравновесных явлений в неоднородных системах.

SEM- и TEM-изображения наноалмазов без золота и покрытых золотом

Биовизуализация позволяет без хирургии и в реальном времени отследить процессы в живом организме, получить информацию о трехмерной структуре наблюдаемого образца.

Для этого используется рассеяние света, флуоресценция, ультразвук, рентген, магнитный резонанс, потоки электронов и позитронов. Для визуализации необходимо, чтобы в организме были вещества, “заметные” для метода. Например, чтобы получить рентгеновский снимок желудка, пациенту дают контрастное вещество на основе бария. Для тех же целей используют флуоресцентные метки - флуорохромы, флуоресцентные белки и разные типы других меток, в том числе наночастицы.

В последние годы для этого широко используются наночастицы золота. Сегодня производят такие наночастицы самых разных форм и размеров. Они могут быть конъюгированы с лекарственными средствами и другими молекулами для лечения, целевой доставки и флуоресценции.

Наноалмазы также считаются потенциально перспективным материалом. Оптические и спектроскопические свойства алмазов позволяют использовать их в качестве агента для различных методов получения биоизображений, основанных на флуоресценции и комбинационном рассеянии.

Основным источником флуоресценции являются дефекты в кристаллической решетке алмазов, так называемые центры окраски или вакансии, которые образуются вокруг атомов азота или кремния, встроенных в алмаз. Ранее ученые выяснили, что соединение наноалмазов с металлом усиливает их флуоресцентные и фотоакустические свойства.

Флуоресценция наночастиц: a) при спектроскопии комбинационного рассеяния света, b) при возбуждении инфракрасным светом с длиной волны 488 нм, c) при возбуждении инфракрасным светом с длиной волны 800 нм

«Наноалмазное ядро исследуемой core-shell частицы обладает собственной люминесценцией. Тем более, что туда были привнесены дефекты в виде вакансий кремния, которые дают люминесценцию с довольно узким пиком в ближней инфракрасной области спектра. У наноалмаза, который мы использовали, ярко выраженный спектр комбинационного рассеяния, которое мы тоже попробовали использовать в качестве маркера. В золотых наноструктурах также наблюдается люминесценция при двухфотонном возбуждении. Мы детектировали не интенсивность люминесценции, мы смотрели ее время жизни, которое сильно отличается от времени жизни автофлуоресценции исследуемого биологического объекта, что позволяет детектировать такие частицы при их взаимодействии с исследуемым биообъектом», ― говорит Елена Переведенцева.

Она и ее коллеги синтезировали частицы размером около 100 нанометров на основе обогащенного кремнием наноалмазного ядра, покрытого золотой оболочкой, и охарактеризовали функциональные возможности этих наноструктур для применения в биовизуализации. В ходе исследования ученые вводили наночастицы в раковые клетки и в мальков рыб данио рерио. Затем получали рентгеновские изображения высокого разрешения. Для получения микроскопических изображений, используя частицы как флюоресцентные метки, образцы облучали лазером в ближнем инфракрасном диапазоне, возбуждая однофотонную люминесценцию наноалмаза, а также измеряли время жизни флюоресценции золота при двухфотонном возбуждении. Ученые обнаружили, что гибридные наночастицы хорошо видны с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния, однофотонной и двухфотонной флуоресценции. Это делает их хорошим визуализирующим агентом, в частности, для микроскопии высокого разрешения биосистем.

«Это дает возможность получать изображения разными способами. Мы можем получать изображения с помощью однофотонной люминесценции, возбуждая кремниевые дефекты наноалмаза. Мы можем получать изображение, также детектируя его комбинационное рассеяние, потому что у алмазной решетки есть подходящая интенсивная узкая линия комбинационного рассеяния. И мы можем смотреть двухфотонную люминесценцию, потому что у нанозолота она наблюдается. Благодаря этому мы можем получать изображения с помощью картирования времени жизни люминесценции. Также полученные частицы оказались достаточно контрастны при рентгеноскопии высокого разрешения. То есть мы демонстрируем четыре разных метода получения изображений, и каждый из них может дать какую-то свою информацию», ― говорит Елена Переведенцева.

Флуоресценция наночастиц в раковой клетке при спектроскопии комбинационного рассеяния света

Новые наночастицы на основе алмазов и золота могут использоваться не только для получения изображений биологических структур, но для точечной доставки лекарств, измерения температуры - даже в отдельной клетке. Золотая оболочка частиц позволяет использовать их для фототермотерапии или фотодинамической терапии. Такие частицы можно подсветить инфракрасным излучением, их температура резко повыситься и разрушит клетки, в которых они находятся — например, раковые клетки.

Источник: ФИАН

https://www.atomic-energy.ru/news/2022/06/17/125596