В МГУ положительно применили отрицательный магнитокалорический эффект

В МГУ положительно применили отрицательный магнитокалорический эффект

Группа ученых МГУ имени М.В. Ломоносова предложили новый способ применения магнитокалорического эффекта для адресной доставки лекарств в месте установки имплантата. Один из авторов работы Владимир Зверев (физический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова) утверждает, что аналогов данного метода, использующего отрицательный магнитокалорический эффект, в мире не существует. Статью с результатами своих работ ученые опубликовали в последнем номере журнала International Journal of Refrigeration.

Суть магнитокалорического эффекта (МКЭ) сводится к тому, что при воздействии внешнего магнитного поля на магнитный материал температура этого материала изменяется, иногда повышаясь, а иногда, наоборот, падая (в зависимости от материала). Это важное физическое явление было обнаружено еще в позапрошлом веке, хотя как эффект было описано лишь в 1917 году. За прошедшее столетие МКЭ был изучен очень подробно, однако интерес исследователей к нему не только не упал, но, наоборот, резко возрос в последние десятилетия. Это объясняется, во-первых, большим количеством информации о физике магнитных материалов, которую можно из этого эффекта извлечь, и, во-вторых, довольно обширной областью его возможных применений. Его можно с большим успехом применять в физике низких температур, для производства тепловых машин, холодильных установок и пр.

Однако большинство этих применений к коммерческому использованию пока не готово, главным образом, из-за неготовности технологий. Если, например, говорить о бытовых магнитных холодильниках, то, хотя они разрабатываются сегодня многими научно-промышленными лабораториями по всему миру, по словам одного из авторов статьи Владимира Зверева, сотрудника кафедры физики низких температур и сверхпроводимости физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, такие холодильники, если бы их сегодня производили, были бы очень дорогими.

«Для таких холодильников требуется магнитное поле порядка одного тесла, что при сегодняшних возможностях делает цены на них очень высокими и потому коммерчески неприемлемыми – одно только устройство для генерации такого поля обойдется как минимум в полторы тысячи долларов. Остается ждать, когда они подешевеют», — комментирует Владимир Зверев.

Однако это не помешало авторам работы предложить новое применение магнитокалорического эффекта, причем практически готовое к массовому использованию, — на этот раз в медицине.

Один из методов, разработанных исследователями, носит название "магнитожидкостная гипотермия" и сводится к нагреву онкологических новообразований специальными магнитными наночастицами, адресно доставляемыми в место опухоли. Для этого исследователями разработана и создана уникальная установка по созданию переменного высокочастотного магнитного поля, которой, как уверяет Владимир Зверев, не существует аналогов в мире. На сегодня с помощью этой установки в Российском научном онкологическом центре им. Н.Н.Блохина проведены первичные исследования клеточных культур различных типов раковых опухолей. Проведены также исследования на мышах, доказавшие биосовместимость и нетоксичность микрочастиц. Ставятся также эксперименты по фармакокинетике микрочастиц, с помощью которых выясняется, как они удерживаются в опухоли, как распространяются в организме кровотоком и т.п.

Если о возможности подобного использования магнитокалорического эффекта в научной литературе по крайней мере упоминалось — ведь давно известно, что нагрев опухоли может привести к ее деградации, — то вторая методика, предложенная учеными, совершенно уникальна.

Как известно, одной из проблем при имплантации в человеческий организм инородных тел — искусственных суставов, брюшных сеток, стентов пищевода, моче- и желчевыводящих протоков и пр. — является вероятность их отторжения. Авторы статьи предлагают наносить на имплантаты (еще во время их подготовки к установке в организм) специальное покрытие, состоящее из нескольких слоев. Первый слой – магнитный материал, который охлаждается во внешнем магнитном поле (материал с отрицательным магнитокалорическим эффектом). Этот слой может представлять собой тонкую пленку или суспензию из магнитных микрочастиц. Второй слой - полимерная матрица, в которую, как в губку, помещено лекарственное вещество. Полимерная матрица находится в непосредственном тепловом контакте с магнитокалорическим материалом. Вся эта конструкция во время операции помещается в организм.

Дело в том, что полимер, используемый в технологиии, при нормальной температуре внутри организма, то есть при температуре выше 37 градусов, похож на желе, которое удерживает внутри себя лекарство. Когда магнитное поле понижает температуру магнитного материала, полимер переходит в жидкообразное состояние и выпускает лекарство в месте установки имплантата. Например, когда после установки имплантата происходит воспаление, неинвазивное приложение внешнего магнитного поля (например, в установке МРТ) позволит выпустить нужную порцию лекарства в течение нужного времени в нужном месте.

Такой метод "адресной" доставки лекарств, хорош, в частности, уже тем, что он воздействует только на источник воспаления и лишен всякой связи с остальным организмом, то есть уже по определению для него совершенно безвреден. Есть, правда, проблема – пока непонятно, что делать, если лекарство в оболочке закончится.

Зверев утверждает, что и эта проблема решаема: «Во-первых, — говорит он, — в некоторых случаях необходим только один, «залповый сброс» лекарства, например, необходимого для того, чтобы приклеилась брюшная сетка. А выпуск дозированных порций лекарства можно регулировать, управляя величиной внешнего магнитного поля. Можно также пополнять оболочку новым запасом лекарства, используя то обстоятельство, что лекарство химически может быть соединено с магнитными частицами, которые можно «дотащить» до нужного места в организме внешним магнитным полем. Правда, этот способ мы не разрабатывали, и он находится сейчас только в виде идеи».

Lenta.ru

Похожие новости:
Нейтринный телескоп применили для изучения осцилляций
Физики применили нейтринную обсерваторию IceCube для изучения нейтринных осцилляций на высоких энергиях. Об этом представители проекта рассказали на 25-й Международной конференции по нейтринной физике и астрофизике в Киото. Краткое изложение доклада приводит Nature News. Обсерватория предназначена для регистрации космических ..
2012-06-7 1587 0 Научные открытия
0
Спутники НАСА показали: небо стало очень близко к Земле
Облака опускаются ближе к поверхности Земли Спутники НАСА показали: небо стало очень близко к Земле. За последнее десятилетие - с марта 2000 года по февраль 2010 года - высота слоя облаков снизилась на 1 процент или, другими словами, на 30-40 метров. ..
2012-02-28 2780 2 Научные открытия
0
Большой адронный коллайдер поставил новый рекорд энергии
Инженеры и физики Большого адронного коллайдера (БАК) провели успешный эксперимент по столкновению положительно заряженных частиц с рекордным уровнем энергии 5,02 тераэлектронвольт на каждый нуклон ядра. Достигнутая энергия в два раза превысила предыдущий «рекордный» результат. Суммарная энергия ..
2015-11-28 7674 0 Научные открытия
-1
Учёные из Новосибирска улучшили литий-ионные аккумуляторы
Литий-ионные аккумуляторы в наше время нашли самое широкое применение. Их можно встретить и в мобильных телефонах, и в универсальном источнике питания комплекта амуниции «Ратник». За 25 лет со времени первого появления на рынке литий-ионные аккумуляторы очень сильно эволюционировали, превратившись из капризных и опасных ..
2015-12-25 2218 0 Научные открытия
1
Физики впервые проследили за движением экситонов
Ученые Массачусетского технологического института (МТИ) и Городского университета Нью-Йорка создали технику визуализации движения экситонов. Свое исследование авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а его краткое содержание доступно на сайте МТИ. Исследователи использовали взаимосвязь между переносом экситонов ..
2014-04-17 1732 0 Научные открытия
0
Ученые создали новые кристаллы компьютерной памяти
Получены кристаллы, которые могут открыть новую эру в индустрии компьютерной памяти. Они недороги, просты в производстве и, главное, проявляют нужные свойства при комнатной температуре. Класс органических материалов, полученных в лабораториях Северо-Западного университета Иллинойса (США), открывает новые, захватывающие дух возможности ..
2012-09-2 1744 0 Научные открытия
0
Ученые уточнили карту реликтового излучения
Астрономы составили новую точную карту реликтового излучения. Результаты своего исследования авторы опубликовали в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (статья доступна также в форме препринта в arXiv.org), а кратко с ними можно ознакомиться на сайте Федеральной политехнической школы ..
2014-08-05 1633 0 Научные открытия
0
Физики впервые обнаружили экситоны в металле
Ученые США и Сербии впервые обнаружили экситон в металле. Статья авторов опубликована в журнале Nature Physics, кратко с ней можно ознакомиться на сайте Phys.org. Специалисты в своей работе исследовали взаимодействие света и материи: электромагнитной волны, падающей на серебряный кристалл. В толще металла ..
2014-06-04 1744 0 Научные открытия
0
Работу нейронов мозга удалось снять на видео
Ученые-нейробиологи сняли на видео деятельность нейронов мозга зародыша рыбы-зебры. Для этого они применили технологию быстродействующей послойной оптической микроскопии. С помощью нее вспышки деятельности мозга регистрировались каждые 1.3 секунды, охватив около 80 % из 100 тысяч нейронов составляющих мозг зародыша рыбы-зебры. Полученные ..
2013-04-1 3366 0 Научные открытия
0
Сверхбыстрый лазер помог изменить свойства твердых материалов
Ученые из США, Южной Кореи и Японии использовали сверхбыстрый (фемтосекундный) лазер для оперативного отслеживания изменений собственной энергии электронов и их взаимодействий в сверхпроводнике. Результаты своих исследований авторы опубликовали в журнале Nature Communications, а кратко с ними можно ознакомиться на сайте ..
2014-10-07 1752 0 Научные открытия
0
Развеян миф о риске заразиться коронавирусом
  Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) заявила, что не знает о случаях заражения коронавирусом через пищу. Об этом сообщает издание Medical Xpress со ссылкой на заявление чиновников ВОЗ. Организация упоминает исследование китайских ученых, которые проверили людей, употребивших продукты со следами COVID-19. ..
2020-08-17 45085 Научные открытия
2
Возбуждение электронов записали на видео
Инженеры из Массачусетского технологического университета записали на видео возбуждение электронов, происходящее на поверхности топологических изоляторов. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, кратко ее содержание можно прочитать на сайте университета. Записать динамику электронного феномена, который длится не более 5 пикосекунд (10-12секунд) ..
2012-09-19 1541 0 Научные открытия
0
Стволовые клетки рассказали о мозаицизме генома
Биологи Йельского университета показали, что соматический мозаицизм распространен гораздо шире, чем считалось ранее. Оказалось, что у трети клеток кожи человека в ДНК имеются делеции или повторы. Работа опубликована в журнале Nature, а ее краткое содержание приводится на сайте университета. Для того, чтобы ..
2012-11-20 1527 0 Научные открытия
0
Русско-американский элемент снова потерял место в таблице Менделеева
Физики-экспериментаторы продолжают споры о положении в таблице химических элементов синтезированного искусственным образом в Дубне и Беркли атома лоуренсия. Исследование свойств этого элемента затруднено из-за его небольшого времени жизни. Об этом рассказывает Nature News. Споры возобновились после эксперимента ..
2015-04-11 3905 0 Научные открытия
0
Открыто новое лекарство от коронавируса
  Ученые Школы молекулярной инженерии имени Притцкера (PME) при Чикагском университете в США идентифицировали уже используемое лекарство, которое эффективно в борьбе с коронавирусом SARS-CoV-2. Они также выявили ранее неизвестную уязвимость вируса, которая может быть полезна при разработке новых стратегий ..
2020-08-17 47555 Научные открытия
6