Ультратонкая углеродная мембрана повысит точность протонной терапии рака

Схема синтеза методом disorder-to-disorder (слева) и изображение UC-MAC с атомарным разрешением (справа). Автор: Национальный университет Сингапура

Исследователи из Национального университета Сингапура (NUS) разработали новую углеродную мембрану, которая может революционизировать протонную терапию для онкологических пациентов и продвинуть технологии в медицине, энергетике и гибкой электронике.

Новый материал толщиной в один атом, называемый ультрачистым монослойным аморфным углеродом (UC-MAC), демонстрирует впечатляющие результаты в создании высокоточных протонных пучков. Такие пучки критически важны для более безопасного и точного лечения рака методом протонной терапии. UC-MAC может превзойти лучшие современные материалы, такие как графен или коммерческие углеродные плёнки.

Исследование под руководством доцента Лу Цзюна и его команды из химического факультета NUS опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Новый класс 2D-углерода

В отличие от графена с его идеально упорядоченной гексагональной структурой, UC-MAC состоит из сложного сочетания пяти-, шести- и семичленных углеродных колец, расположенных в ультратонком неупорядоченном слое.

Эта атомарная неупорядоченность создаёт ангстремные поры (1 ангстрем = 0,1 нанометра), которые можно точно настраивать для контроля поведения протонов и молекулярных ионов водорода (H₂⁺). Пористая и ультратонкая структура делает материал идеальным для фильтрации субатомных частиц.

Быстрое и чистое производство

Исследователи разработали новый промышленно совместимый метод синтеза под названием disorder-to-disorder (DTD). Используя плазмохимическое осаждение из паровой фазы (ICP-CVD), они смогли вырастить 20-сантиметровый лист UC-MAC за секунды — значительно быстрее предыдущих методов и без металлических примесей.

Синтез UC-MAC методом DTD. Автор: Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01968-3

В работе участвовали специалисты из Городского университета Гонконга, Пекинского университета и других научных центров.

Более точные протонные пучки

При использовании в качестве мембраны для разделения молекулярных ионов водорода UC-MAC создаёт протонные пучки, которые в 2 раза точнее графена и в 40 раз точнее коммерческих углеродных плёнок. Это особенно важно для протонной терапии рака, где точность пучка критична для защиты здоровых тканей.

Перспективы применения

Помимо медицины, UC-MAC может найти применение в топливных элементах, батареях, катализе и гибкой электронике. «Полупроводниковые свойства UC-MAC делают его перспективным материалом для ультратонкой электроники, особенно для интегральных схем размером менее 2 нм», — отметил доцент Лу.

Разработанный метод производства открывает путь для коммерциализации этой технологии.

Дополнительная информация: Huihui Lin et al, Ultraclean monolayer amorphous carbon yields a high-precision proton beam, Nature Nanotechnology (2025). DOI: 10.1038/s41565-025-01968-3