Традиционные методы, такие как литография, химическое осаждение из газовой фазы и отжимное покрытие, сложны, малопригодны для больших площадей и ограничивают коммерциализацию.

В связи с этим группа Юнхи Ли разработала технологию капельной струйной печати на основе поверхностного натяжения. Метод "капля за каплей" наносит пиколитровые капли чернил с нанотрубками на электроды, где чернила распределяются равномерно благодаря поверхностному натяжению. Это позволило изготовить устройства без дополнительных процессов, с высокой стабильностью и воспроизводимостью: 72% устройств удалось создать в нужной форме.

Кроме того, группа успешно захватила серотонин — нейромедиатор головного мозга — с помощью присоединённых фрагментов ДНК (аптамеров), специфично связывающихся с молекулами. Аптамеры показали высокую чувствительность, обнаруживая концентрации менее 42 пикомолей (что меньше одной пряди волос).

Результаты указывают на потенциал технологии для ранней диагностики и мониторинга неврологических заболеваний в реальном времени, таких как депрессия и болезнь Паркинсона.

"Это исследование значимо, поскольку позволяет создавать высокопроизводительные датчики простым методом струйной печати", — отметил Юнхи Ли. "В будущем мы превратим эту технологию в платформу для индивидуальных биосенсоров, выявляющих биомаркеры различных заболеваний".

В исследовании участвовали: первый автор Ынха Ли (старший научный сотрудник, департамент биомедицинских технологий), соавтор Хонки Кан (профессор, департамент биомедицинской инженерии медицинского колледжа Сеульского национального университета), первый автор Сухен Парк (исследователь, департамент биомедицинских технологий), а также Минье Шин (первый автор) и Евнуй Ким (соавтор) из департамента электротехники и компьютерных наук DGIST.

Через год после встречи исследователей NREL Мэтью Хаутцингера и Сейджа Бауэрса, посвящённой малоизученным наноматериалам, они успешно синтезировали квантовые точки из фазы Zintl на основе BaCd2P2. Эти нанокристаллы привлекают внимание яркой фотолюминесценцией, химической стабильностью и использованием доступных природных элементов.

"Мы переоценили материалы, разработанные 40-50 лет назад, чтобы найти новые неорганические кандидаты для современной оптоэлектроники", — отметил Хаутцингер. В частности, BaCd2P2 заинтересовал их оптимальной шириной запрещённой зоны, долгим временем жизни носителей и высокой устойчивостью к дефектам.

Поскольку традиционные методы получения материалов фазы Zintl непрактичны, команда провела первый синтез коллоидных квантовых точек BaCd2P2 и изучила их свойства, опубликованные в ACS Nano. Квантовые точки — нанокристаллы размером в несколько нанометров — обладают настраиваемыми оптическими и электронными характеристиками благодаря эффектам квантового удержания. Это открывает возможности для улучшения светодиодов, дисплеев, оптических волокон, солнечных панелей и биовизуализации.

Бауэрс подчеркнул, что уже при первом синтезе квантовые точки BaCd2P2 демонстрировали яркую фотолюминесценцию без специальной химической обработки, что говорит о большом потенциале материала.

Ключевым фактором стала высокая устойчивость BaCd2P2 к дефектам, предсказанная теоретически и подтверждённая экспериментально. В отличие от классических полупроводников, где требуется пассивация поверхности, этот материал легче превращается в квантовые точки без снижения качества.

Синтез осуществлялся путём быстрого введения фосфорного предшественника в нагретую смесь бария и кадмия с лигандами. Регулировка температуры позволяла контролировать размер наночастиц и их оптические свойства.

Для подтверждения структуры и состава использовались методы электронной и рентгеновской дифракции, рамановской спектроскопии и рентгеновской флуоресценции.

Полученные квантовые точки излучали яркий свет с квантовым выходом фотолюминесценции около 21% — показатель, достигаемый без сложной обработки и важный для промышленного применения.

Далее команда создала тонкие пленки из раствора BaCd2P2, характерные для оптоэлектронных устройств. Исследования показали гладкую поверхность без дефектов, что открывает путь к интеграции материала в реальные технологии.

"Мы упростили процесс синтеза, не потеряв контроля над свойствами материала", — отметил Бауэрс. Пленки из квантовых точек BaCd2P2 могут стать более доступной и эффективной альтернативой существующим технологиям.

Кроме того, BaCd2P2 состоит из широко распространённых элементов, что снижает риски перебоев в цепочках поставок. Команда также экспериментировала с частичной заменой кадмия на цинк для снижения токсичности, сохраняя фотолюминесцентные свойства.

"Это новое направление, и мы продолжим исследовать, как изменение состава влияет на свойства и открывает новые возможности", — добавил Бауэрс.

Таким образом, исследование квантовых точек на основе фаз Zintl, таких как BaCd2P2, открывает перспективы для развития оптоэлектроники с использованием стабильных, доступных и настраиваемых материалов.

"Хиральность легко контролируется в органике, но сложно в металлах на наноуровне. Добавление хиральных молекул — прорыв в химии материалов", — сказал профессор Нам.

Для проверки хиральности использовали метод на основе ЭДС в вращающихся магнитных полях. Левая и правая спирали генерировали противоположные сигналы, подтверждая хиральность даже в материалах, слабо взаимодействующих со светом.

Магнитный материал обеспечивает перенос спина на большие расстояния при комнатной температуре благодаря высокой энергии обмена. Это асимметричный эффект, независимый от угла инжекции спина, не наблюдаемый в немагнитных спиралях.

Команда продемонстрировала устройство с проводимостью, зависящей от хиральности, открывая путь к приложениям в спинтронике. Профессор Ким отметил: "Эта система может стать платформой для хиральной спинтроники и магнитных наноструктур".

Метод позволяет регулировать направление спина (влево/вправо) и количество нитей (двойные, множественные спирали) электрохимически, что внесет вклад в новые области применения.

Современная пищевая индустрия переживает технологическую революцию, и на её передовой стоят нанотехнологии. Если ещё десять лет назад слово «нано» звучало как научная фантастика, сегодня это реальность, которая помогает нам дольше хранить продукты, уменьшать пищевые отходы и повышать безопасность еды. Давайте разберёмся, как наноматериалы уже сегодня меняют путь продуктов, от фермы до вашей тарелки.

Наноматериалы на ферме: защита урожая

Процесс начинается задолго до того, как еда попадает в магазин. Сельское хозяйство активно использует наночастицы для защиты растений:

Нанопестициды, которые целенаправленно уничтожают вредителей, не загрязняя почву.

Наноудобрения, высвобождающие питательные вещества медленно и дозированно, снижая нагрузку на экосистему.

Нанодатчики, контролирующие влажность и состав почвы в реальном времени.

Эти технологии помогают фермерам получать более качественные и безопасные продукты, снижая количество химикатов и экономя ресурсы.

Умная упаковка: защита и контроль свежести

Одно из главных направлений применения нанотехнологий - инновационные упаковочные материалы. Они не просто удерживают продукт, но и активно взаимодействуют с его средой.

Барьерные наноплёнки защищают еду от кислорода и ультрафиолета, сохраняя вкус и питательную ценность.

Антимикробные покрытия на основе наночастиц серебра, меди или оксида цинка уничтожают бактерии и грибки на поверхности упаковки.

Активные индикаторы свежести меняют цвет, если продукт начал портиться, помогая потребителю понять, безопасен ли он.

Всё это снижает вероятность пищевых отравлений и уменьшает количество продуктов, выбрасываемых из-за неопределённости в сроках годности.

Нанотехнологии при транспортировке и хранении

На пути от фермы к прилавку продукты проходят долгий путь. Наноматериалы помогают сделать его безопаснее:

Специальные нанопокрытия на транспортных контейнерах предотвращают развитие плесени.

Нанофильтры в холодильных установках удаляют этилен, газ, ускоряющий созревание и порчу фруктов.

Сенсоры на основе наночастиц контролируют температуру и влажность, передавая данные в режиме реального времени.

На кухне потребителя

Инновации не заканчиваются в магазине. Уже появляются бытовые устройства, использующие нанотехнологии:

Холодильники с антибактериальными нанопокрытиями, снижающими риск заражения.

Пищевые контейнеры, которые могут нейтрализовать неприятные запахи и продлевать свежесть продуктов.

Умные фильтры для воды, удаляющие даже вирусы и тяжёлые металлы.

Борьба с пищевыми отходами и экологией

Мировые потери еды достигают 30-40% от общего объёма производства. Нанотехнологии способны существенно снизить эту цифру. Более прочная упаковка, защита от микробов и точные сенсоры помогают дольше сохранять продукты пригодными к употреблению.

Кроме того, разрабатываются биоразлагаемые наноматериалы, которые распадаются после использования, уменьшая количество пластиковых отходов.

Вопросы безопасности и регулирования

Главный вопрос, безопасность наноматериалов для человека. Учёные проводят масштабные исследования, чтобы убедиться, что наночастицы не проникают в организм в опасных концентрациях и не накапливаются в тканях. Многие страны уже вводят правила маркировки продуктов и упаковки с нанотехнологиями, чтобы потребитель был информирован.

Будущее: полностью «умная» цепочка поставок

В перспективе нас ждёт сквозной контроль качества продуктов. Сеть нанодатчиков сможет отслеживать состояние еды в реальном времени, а искусственный интеллект будет прогнозировать оптимальные сроки транспортировки и хранения. Это снизит количество отходов и сделает питание более безопасным и доступным.

Заключение

Нанотехнологии становятся невидимыми помощниками, которые заботятся о нашем здоровье и планете. Они продлевают жизнь продуктам, защищают нас от бактерий и помогают рационально использовать ресурсы. И хотя вопросы безопасности требуют внимания, очевидно одно: кухня будущего будет «умной», а нанотехнологии, её ключевым ингредиентом.

Хотите узнать, что приготовить из полезных продуктов прямо сегодня? Переходите в блог ВКУСНО ГОЛОДНЫЙ и вдохновляйтесь вкусными и простыми рецептами!

Исследователи из Китайской академии наук и других институтов создали устройство, имитирующее слоистую структуру сетчатки. Это управляемый событиями ретиноморфный фотодиод (RPD), преобразующий свет в электрический ток.

"Современные датчики машинного зрения ограничены по временной динамике и адаптивности по сравнению с сетчаткой", отмечают авторы в статье в Nature Nanotechnology.

RPD интегрирует органический донорно-акцепторный гетеропереход для передачи заряда, ионный резервуар из пористых наноструктур для накопления ионов и переход Шоттки для направленного тока.

Компоненты взаимодействуют, обеспечивая динамический диапазон свыше 200 дБ, низкий шум, снижение избыточности данных и высокую плотность интеграции. Это позволяет высококачественное машинное зрение даже при экстремальном освещении.

Испытания показали превосходство RPD над другими фотодиодами. В будущем устройство может решать широкий спектр задач машинного зрения в сложных условиях освещения.

"Наша работа способствует созданию надежных систем машинного зрения, адаптируемых к динамичным условиям", заключают авторы.

Публикация взята с сайта: https://www.nature.com/articles/s41565-025-01973-6

Органическая химия, изучающая соединения углерода, составляет основу жизни на Земле. Однако металлы также играют важнейшую роль во многих биохимических процессах. Для объединения атомов тяжелых металлов с органическими соединениями природа использует особые структуры — порфирины. Эти молекулы образуют органическое кольцо, способное удерживать в центре ионы металлов, таких как железо, кобальт или магний.

Порфириновый каркас лежит в основе гемоглобина в крови человека, хлорофилла в растениях и многих ферментов. В зависимости от типа металла в центре молекулы, свойства соединений могут значительно варьироваться. Ученые давно стремятся использовать эту функциональность порфиринов, в том числе в молекулярной электронике.

Исследователям из лаборатории nanotech@surfaces компании Empa в сотрудничестве с химиками из Института исследований полимеров Макса Планка удалось решить ключевую задачу — соединить отдельные молекулы порфиринов с графеновыми нановолокнами точным и контролируемым способом.

Графеновые нановолокна представляют собой узкие полосы графена. Их свойства, включая проводимость и магнетизм, зависят от ширины и формы краев. Исследователи использовали ленту шириной 1 нанометр с зигзагообразными краями в качестве молекулярного провода. Вдоль этих краев молекулы порфирина располагаются через равные промежутки, чередуясь по сторонам ленты.

«Наша графеновая лента обладает особым типом магнетизма благодаря своей зигзагообразной структуре», — объясняет Фейфэй Сян, ведущий автор исследования. Атомы металла в порфиринах, в свою очередь, обладают традиционными магнитными свойствами. Разница заключается в электронах, которые обеспечивают спин — основу магнетизма.

«Благодаря соединению порфиринов с графеновой основой нам удалось объединить оба типа магнетизма в единую систему», — говорит соавтор работы Оливер Гренинг.

Это достижение открывает новые возможности в молекулярной электронике. Графеновая лента служит одновременно электрическим и магнитным проводником, выполняя роль наноразмерного «кабеля» между молекулами порфирина. Такой коррелированный магнетизм особенно перспективен для квантовых технологий, где спин выступает в качестве носителя информации.

Кроме того, порфирины являются оптически активными структурами, что позволяет взаимодействовать с электронными и магнитными свойствами системы с помощью света. Они могут излучать свет, длина волны которого изменяется в зависимости от магнитного состояния всей молекулярной цепочки. Обратный процесс также возможен: возбуждение порфиринов светом влияет на проводимость и магнетизм графеновой основы.

Синтез таких структур — сложный процесс. Молекулы-предшественники, состоящие из порфириновой сердцевины и углеродных колец, синтезируются химиками, а затем подвергаются термической обработке в условиях сверхвысокого вакуума. Золотая поверхность служит основой для формирования точных наноструктур.

В настоящее время команда работает над применением этих материалов в будущих квантовых технологиях, исследуя различные металлические центры в порфиринах и расширяя графеновую основу для создания универсальных электронных систем.

Исследователи из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета разработали новый способ управления излучением в терагерцовом диапазоне, что может привести к значительным достижениям в области связи, визуализации и зондирования. Терагерцовый диапазон, находящийся между микроволнами и инфракрасным излучением, имеет большой потенциал, но управление терагерцовыми волнами было затруднено из-за их малых размеров.

Доктор Владислав Михайлов, руководитель исследований, объяснил, что для эффективного управления терагерцовыми волнами необходимо было создать новую концепцию настройки. Традиционные конденсаторы, используемые для регулирования частоты, не могли быть уменьшены до необходимого размера для работы в терагерцовом диапазоне.

Исследователи использовали метаматериалы — массивы крошечных резонаторов, которые могут резонировать на определённых частотах. Встроив проводящий материал, такой как графен, они смогли настроить оптический отклик. Вместо уменьшения резонанса, как это делалось ранее, команда создала ультратонкие настраиваемые конденсаторы из графена, что позволило изменять резонанс более эффективно.

В ходе исследований были созданы сверхмалые графеновые заплатки, которые служат перестраиваемыми конденсаторами. Эти устройства продемонстрировали глубину модуляции более чем на четыре порядка и скорость модуляции 30 МГц, что является значительным достижением для терагерцовых технологий.

Публикация взята с сайта: https://www.nature.com/articles/s41377-025-01945-4