Лаборатория электронной и спиновой структуры наносистем

📍Организация: Санкт-Петербургский государственный университет🏛
🧪Области науки: Материаловедение, Физика конденсированного состояния, Нанотехнологии

Чем мы занимаемся:
1. Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей электронной и спиновой структуры систем с Дираковским конусом электронных состояний.

2. Экспериментальные исследования возможности управления электронной структурой немагнитных соединений BiTeX (X=I, Br, Cl) с гигантским спиновым расщеплением Рашбы, а также изучение их фазового перехода в состояние топологического изолятора.

3. Изучение возможности и методов функционализации графена, позволяющих придать графену новые необходимые функциональные свойства с целью эффективного использования в электронных устройствах.

4. Синтез и изучение гибридных наноструктур, состоящих из слоев топологических изоляторов в комбинации со слоями графена, перспективных для использования в спинтронике.

5. Одна из стратегических научных задач проекта заключается в решении проблемы создания спинового транзистора, управляемого электрическим полем.

🔬Направления исследований:

— Экспериментальное и теоретическое исследование особенностей электронной и спиновой структуры систем с Дираковским конусом электронных состояний

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/351
#лаборатории

Графеновые квантовые точки и золото оказались эффективны в очистке воды

Многие тяжелые металлы, например железо и цинк, играют важную роль в клеточных процессах, однако другие представители этой группы опасны для организма. Они накапливаются в тканях и органах, вызывая различные заболевания. Один из наиболее известных случаев произошел после запуска в начале прошлого века химического завода в заливе Минамата. Промышленные отходы сбрасывались в канал, откуда попадали в море. Это вызвало отравление водных обитателей, местных жителей и домашних животных. Болезнь поражала центральную нервную систему, вызывая онемение, ухудшение зрения, речи и слуха, а в тяжелых случаях — летальный исход.

Очень важно иметь эффективные способы очистки воды от разнообразных загрязнителей, особенно токсичных ионов тяжелых металлов. Также необходимо уметь отслеживать поллютанты, а лучше сочетать эти две задачи в одном решении. Ученые МФТИ 🏛, ИОФ РАН🏛 и Тайваньского национального университета науки и технологий предложили пористый материал, который мог бы служить мембранным фильтром и использоваться в мониторинге состояния окружающей среды.

В основе композита лежат сферические графеновые квантовые точки, размером всего порядка 5 нанометров. Ученые из Тайваньского национального университета науки и технологий развили плазменную технологию и научились получать графеновые квантовые точки без использования токсичных химикатов и высоких температур. Однако графен не может люминесцировать, то есть светиться в ответ на облучение, поскольку у него нет запрещенной зоны, через которую возбужденные электроны возвращаются в свое исходное состояние, выделяя энергию в виде свечения. Эту проблему авторы решили, добавив в систему наночастицы золота.

Работа опубликована в журнале 📕 Chemical Engineering Journal (IF = 16.74)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/420
#новости

Химики дали рекомендации по применению нанопорового секвенирования

Сотрудники кафедры физической химии и кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ 🏛 изучили возможности нанопорового секвенирования — нового метода определения нуклеотидных последовательностей. Метод быстро развивается и в ряде случаев вполне может заменить обычное секвенирование. Авторы выяснили, какими должны быть параметры изучаемого образца и какие программы можно использовать для получения достоверных результатов.

Нанопоровое секвенирование — это новый активно развивающийся метод на рынке биотехнологий. В отличие от ставшего уже стандартным секвенирования, с помощью нанопорового метода можно прочитать длинные цепочки, которые содержат тысячи нуклеотидных оснований.

Внутри прибора для нанопорового секвенирования находится мембрана, куда вставлены белки. Они формируют поры, через которые движутся ионы и секвенируемая молекула при приложении напряжения. Когда через пору проходит цепочка, то каждый нуклеотид частично перекрывает пору, что влияет на движение ионов, а значит, и на величину тока. Поскольку объем у каждого нуклеотида различный, то и ток будет меняться по-разному. Изучая это изменение, можно понять, какие нуклеотиды прошли через пору и таким способом восстановить их последовательность в цепочке.

Для системного изучения возможностей нанопорового секвенирования авторы выяснили, как должен быть устроен образец для сборки генома, какими должны быть длины цепочек и количество прочитанных оснований. Авторы изучали реальные образцы, генерировали разные наборы данных и сравнивали несколько программ для их анализа.

Работа опубликована в журнале 📕 International Journal of Molecular Sciences (IF = 6.21)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/421
#новости

Химики создали порфириновый «термометр» для клеток

Температура является одним из важнейших параметров, который играет важную роль в множестве процессов — от реакций синтеза до активности ферментов. Для ее измерения чаще всего используют стеклянные термометры, термопары, термисторы, инфракрасные термометры. Однако все эти приборы работают на макромасштабе и неприменимы, если речь идет о клетках, а тем более — температуре в их отдельных органеллах.

Такие нанотермометры необходимы, чтобы оценивать эффективность работы отдельных биохимических цепей; одна из наиболее популярных задач — изучение активности митохондрий, еще называемых «энергетическими станциями» клетки. Решить задачу помогают флуоресцентные метки, по интенсивностям свечения которых можно косвенно определять температуру. Однако такие системы обладают рядом недостатков: их сложно синтезировать, а некоторые компоненты могут быть токсичны для клетки и чистота эксперимента нарушится.

Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н. С. Курнакова РАН 🏛, Санкт-Петербургского государственного университета 🏛, Института физической химии и электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН 🏛 и Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого 🏛 разработали удобный в использовании «клеточный термометр» на основе водорастворимого порфирина фосфора, который может определять температуру с точность до десятых долей градуса.

Работа опубликована в журнале 📕 Sensors and Actuators, A: Physical (IF = 4.29)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/423
#новости

Лаборатория физики многофазных сред

📍Организация: Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН 🏛
🧪Области науки: Материаловедение, Механика, Аддитивные технологии

Чем мы занимаемся:
1. Процессы ускорения мелкодисперсных частиц в сверхзвуковых соплах. Физические процессы при натекании сверхзвуковых двухфазных струй на преграду.

2. Высокоскоростное деформирование и адгезионное взаимодействие с преградой мелко- и ультрадисперсных частиц.

3. Численное моделирование процессов ускорения и торможения микро- и наночастиц в методе холодного газодинамического напыления (ХГН) на основе модели вязкого, турбулентного теплопроводного газа и континуально-дискретной модели для частиц.

4. Численное моделирование взаимодействия микро- и наночастиц с преградой (прилипания частицы к преграде, пластическая деформация и разрушение частицы при взаимодействии с преградой) на основе упругопластических моделей сплошных сред (для микрочастиц) и методом молекулярной динамики (для наночастиц).

5. Математическое моделирование физико-механических процессов при ХГН. Компактирование новых материалов с заданными свойствами. Поисковые исследования возможности создания материалов из механических смесей мелко- и ультрадисперсных частиц, в том числе с использованием химических реакций (СВС).

6. Разработка установок и технологических процессов формирования покрытий различного назначения. Экспериментальное исследование холодного газодинамического напыления функциональных покрытий из металлических и металлокерамических порошков и изучение свойств покрытий.

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/356
#лаборатории

#конференции

📌XVII конференция молодых учёных, аспирантов и студентов «Физикохимия - 2022»

🏛Место проведения — Москва, ИФХЭ РАН 🏛
🗓Даты проведения — 5-9 декабря 2022;
⏰Сроки регистрации — до 1 декабря 2022;
👥Способ проведения — офлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Ученые предложили новый формат композитов из углеродных нанотрубок

Углеродные нанотрубки — свернутые в полый цилиндр листы графена — уже несколько десятилетий остаются популярными объектами исследования ученых самых разных направлений. Эти структуры обладают достаточно высокой электро- и теплопроводностью, интересными оптическими свойствами, а также прочны. Это делает их перспективным компонентом нанокомпозитов: добавление даже небольшого количества нанотрубок к полимеру может значительно улучшить и даже изменить его свойства.

Сотрудники Сколтеха 🏛 и ИОНХ РАН 🏛 работали над тем, чтобы добиться большей дисперсии углеродных нанотрубок внутри полимера для улучшения свойств композита. Они применили метод, основанный на быстром расширении сверхкритических флюидов (RESS), ведущий к деагломерации нанотрубок, однако улучшения свойств полимерных нанокомпозитов не добились.

Авторы спрессовали порошки нанотрубок пневматическим способом, а затем тщательно проанализировали свойства эпоксидных нанокомпозитов, полученных из порошков четырех типов: исходного, «распушенного» методом RESS, спрессованного в брикеты и стандартного концентрата в виде нанотрубок, предварительно диспергированных в полимере производителем. Анализ показал, что все исследуемые свойства, включая морфологию, электропроводность, теплопроводность и термическую стабильность, у всех четырех композитов оказались одинаковыми.

Работа опубликована в журнале 📕Carbon (IF = 11.31)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/424
#новости

Лаборатория экспериментальной и клеточной медицины

📍Организация: Московский физико-технический институт 🏛
🧪Области науки: Биомедицина, Медицинская физика, Клеточная биология

Чем мы занимаемся:
Развитие биомедицинских исследований и технологий с высокой пропускной способностью и интенсивным использованием данных вызвало у исследователей потребность в разработке стратегий анализа, интеграции и интерпретации огромных объемов данных, которые они генерируют.

Хотя для работы с «большими данными» было разработано множество статистических методов, опыт использования методов искусственного интеллекта показывает, что последние могут быть особенно подходящими для медицинских целей. Результаты применения моделирования процессов и анализа данных с помощью машинного обучения выявляют большую гетерогенность патофизиологических факторов и процессов, способствующих заболеванию, что свидетельствует о необходимости адаптации или «персонализации» лекарственных средств с учетом нюансов и часто уникальных особенностей, которыми обладают пациенты.

Экспериментальное in situ изучение патологий отдельных пациентов в совокупности с компьютерным моделированием и функциональным анализом дает возможность разрабатывать новые методы лечения пациентов и системы помощи принятия решений для врачей. Такой подход можно назвать полноценной персонализированной медициной. Учитывая, насколько важны анализы с интенсивным использованием данных для выявления соответствующих целей вмешательства и стратегий лечения человека с заболеванием, компьютерное моделирование на основе медицинских данных о пациенте может, в частности, предсказывать проявления ишемии и постоперационных патологий для сердца и других органов. Наша лаборатория таким образом развивает 3 основных направления:

1) Разработка новых персонализированных вычислительных цифровых технологий и подходов машинного обучения для прогнозирования и лечения органных социально-значимых заболеваний

2) Разработка новых способов биологического восстановления тканей и повышения их регенеративного потенциала

3) Разработка методов раннего диагностирования и подбора лечения социально значимых заболеваний на основе исследований патологий пациентов

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/358

Подписывайтесь на телеграм-канал лаборатории:
https://t.me/cardiobio
#лаборатории

Химики предложили универсальный восстановитель для реакции получения аминов

Синтез аминов (производных аммиака) — одна из базовых реакций в современной химии. Эти соединения находят применение во всех крупных отраслях химической промышленности: в производстве удобрений, лекарств, лакокрасочных материалов. Для того, чтобы получить амин, нужно провести реакцию гидрирования, то есть присоединения атомов водорода к исходному веществу. Сделать это можно самыми разными способами, однако ни один из них не идеален.

Самыми распространенными восстановителями для получения аминов пока являются борогидриды — производные NaBH4, — но у них есть явные минусы: они дорогие и дают много отходов, вредных для окружающей среды, а потому остро встает вопрос их правильной утилизации. Также при использовании борогидридов могут образовываться токсичные летучие побочные продукты, такие как диборан B2H6, что делает процесс более опасным для сотрудников. Чистый водород может быть универсальным восстановителем, но реакция проходит с использованием труднодоступных и дорогих катализаторов. Именно поэтому новый способ, предложенный российскими учеными, имеет существенные преимущества.

Команда ученых из Института элементоорганических соединений имени А. Н. Несмеянова РАН 🏛 провела серию экспериментов и показала, что NaH2PO2·H2O (гипофосфит натрия) является эффективным восстановителем в реакции синтеза широкого круга аминов различной природы. Он нетоксичен, дешев и доступен в больших количествах, а еще с ним не нужны катализаторы. Интересно, что гипофосфиты изготавливаются из желтого фосфорного шлама, который, в свою очередь, получается как побочный продукт при синтезе фосфорной кислоты, и именно поэтому у гипофосфитов низкая стоимость. Таким образом, способ авторов способствует эффективной переработке отходов химического производства.

Практическая польза нового метода была продемонстрирована на примере синтеза успокоительного препарата с использованием NaH2PO2·H2O. Его себестоимость оказалась существенно ниже по сравнению с другими синтетическими путями.

Работа опубликована в журнале 📕 Organic Letters (IF = 6.07)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/426
#новости

Микробы больных колитом мышей управляют их поведением

Воспалительные заболевания кишечника (ВЗК) — целая группа хронических болезней, которая сопровождается болями, нарушениями стула и всасывания воды и питательных веществ. До сих пор не ясно, что именно может вызывать эти недуги, однако эксперименты свидетельствуют в пользу того, что риски их развития связаны, среди прочего, с наследственностью и микрофлорой кишечника. В совокупности они обусловливают развитие и течение заболевания.

Поскольку у больных ВЗК часто диагностируют тревогу, депрессию и другие психические расстройства, в своей новой работе новосибирские ученые решили проверить, как влияет на состояние таких пациентов микрофлора кишечника. Они предположили, что есть механизм, который позволяет бактериям, по сути, управлять поведением своего хозяина.

Авторы использовали в эксперименте самцов мышей с мутантным геном, который кодирует белок муцин-2. Последний вырабатывают бокаловидные клетки кишечника, где он полимеризуется в гель, защищающий кишечный эпителий от повреждения. Также он влияет на активность микробиоты, не позволяя ей повредить организму. С неработающим геном мыши теряли этот слизистый барьер, и развивалось хроническое воспаление кишечника — колит.

Поведенческие эксперименты показали, что поведение больных животных меняется в сравнении с их здоровыми собратьями. Они проявляли большую исследовательскую активность и меньшую тревожность, чаще выходили на свет из убежищ. Изменилась и их социальная активность: здоровые самцы-мыши стремились больше взаимодействовать с самками, чем с конкурентами-самцами, тогда как мутанты никому не отдавали предпочтений, а в экспериментах, когда другие мыши покушались на их территорию, даже могли напасть на самок или начать спариваться с самцами.

Работа опубликована в журнале 📕 Scientific Reports (IF = 5.00)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/418
#новости

Светящаяся молекула поможет нарушить защиту опухолей и уничтожить их

Казанские ученые синтезировали сложные молекулы, которые можно использовать для лечения рака и слежения за процессом адресной доставки в организм, что значительно улучшит результаты терапии. Кроме того, разработка позволит создать качественные и дешевые аналоги иностранных препаратов.

Исследователи Казанского федерального университета 🏛 синтезировали тиакаликсарен — циклическую структуру, состоящую из четырех ароматических фрагментов, объединенных в одну большую молекулу. Эти макроциклы представляют собой аналог ингибитора опухолевого роста — ангинекс. Интересно, что противоопухолевые препараты на его основе уже были получены и запатентованы в США. Предложенный в статье метод позволит синтезировать более доступные и дешевые аналоги в России.

Чтобы доказать эффективность полученных соединений, ученые провели эксперименты на искусственно выращенных культурах рака легких, а также двенадцатиперстной кишки, так как именно эти типы опухолей активно вырабатывают галектин, против которого и направлено действие молекул-макроциклов.

Оказалось, что вещества успешно подавляли рост опухоли в обоих случаях. Выяснилось также, что на силу взаимодействия макроцикла с опухолевыми клетками влияет его размер и конформация — расположение атомов в молекуле. Так, соединения в конформации «конус» лучше взаимодействовали с опухолевыми клетками и уничтожали их. Это объясняется тем, что у них оказалось больше доступных аминогрупп (NH2-), которые повышают шансы на взаимодействие лекарства с галектином.

Работа опубликована в журнале 📕 Pharmaceutics (IF = 6.53)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/429
#новости

Впервые получены высокоэнтропийные слоистые гидроксиды редкоземельных элементов

Повышение энтропии — меры хаоса — не всегда предполагает, что элементы системы окажутся в таком беспорядке, что просто распадутся, и это доказывают высокоэнтропийные материалы. Они возникают, если часть атомов в упорядоченном кристалле будет заменена на другие, с очень похожими химическими свойствами. Структура при этом не изменится, однако с большей вероятностью может получиться нечто, близкое к хорошо перемешанному раствору, только твердому. Такие системы обладают улучшенными характеристиками, в частности термической и механической устойчивостью. Наиболее известны высокоэнтропийные сплавы и керамики, которым и стараются придать такие свойства.

Ученые из Института общей и неорганической химии имен Н.С. Курнакова РАН 🏛 создали новый материал, который потенциально поможет реализовать необычные и интересные свойства редкоземельных металлов.

Исследователи получили системы, химический состав которых можно описать формулой (Y,Eu,Gd,Er,Ln)2(OH)5NO3×xH2O, где Ln обозначает один или несколько элементов – Yb, Tb, Sm, Nd. Они описали свойства образцов разными методами и подтвердили наличие эффекта энтропийной стабилизации. Так, например, относительно маленький иттербий практически не образует индивидуальный слоистый гидроксид, но может встроиться в структуру высокоэнтропийного гидроксида.

Химики ИОНХ РАН также показали, что полученные высокоэнтропийные слоистые гидроксиды РЗЭ можно нагреть и превратить в соответствующие высокоэнтропийные оксиды. Детальный анализ функциональных свойств новых материалов еще впереди, однако учитывая их химический состав, можно предположить, что они могут проявлять необычные каталитические и люминесцентные свойства.

Работа опубликована в журнале 📕Inorganic Chemistry (IF = 5.44)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/427
#новости

Отсутствие магнитного поля негативно влияет на развитие эмбрионов

Сотрудники Научно-технологического центра уникального приборостроения РАН, Института биологии внутренних вод имени И.Д. Папанина РАН и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова 🏛 решили выяснить, как отсутствие геомагнитного поля влияет на сердечную деятельность эмбрионов рыбок данио рерио. Это популярная модель исследования сердечно-сосудистых заболеваний, а еще на ранних этапах развития животные прозрачны, и их очень удобно изучать.

Со вторых по пятые сутки после оплодотворения авторы помещали развивающихся рыбок в условия, где магнитного поля практически нет, а часть эмбрионов в это время оставалась в геомагнитном поле (52 мкТл). Исследователи сочетали разные магнитные условия с обычным световым днем (16 часов свет и 8 часов темнота) и с постоянным освещением. Это позволило оценить связанные с ними циркадные ритмы, то есть изменение физиологических показателей организма в зависимости от смены дня и ночи. Ученые анализировали серии микроскопических изображений прозрачных эмбрионов при помощи разработанного ими уникального программного обеспечения.

Результаты показали, что в магнитном вакууме снижалась выживаемость рыб. Кроме того, от 5,5 до 12,5% зародышей, развивавшихся без геомагнитного поля при нормальном световом режиме и постоянном освещении соответственно, оказались с разнообразными дефектами развития — водянка, искривление тела и прочие. Частота сердечных сокращений увеличилась примерно на десять ударов в минуту, а у эмбрионов, находившихся в нулевом магнитном поле при постоянном освещении, интервал между сердцебиениями был более изменчив. Еще у них менялась картина ежесуточных вариаций работы сердца в сравнении с зародышами, развивавшимися в естественном геомагнитном поле.

Работа опубликована в журнале 📕Frontiers in Physiology (IF = 4.76)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/428
#новости

Лаборатория микроклонального размножения растений

📍Организация: Балтийский Федеральный Университет Имени Иммануила Канта 🏛
🧪Области науки: Биотехнология, Физиология растений, Экология

Чем мы занимаемся:
Микроклональное размножение редких видов растений Калининградской области и реинтродукция, культура клеток и тканей in vitro, исследование вторичных метаболитов в культурах in vitro.

Направление исследований:
— Изучение химического состава, биологической активности редких видов галофитов Балтийского моря, использование методов биотехнологии растений для получения культуры тканей и сохранения видов

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/362

#лаборатории

Ученые обнаружили нейтринное излучение Млечного Пути

Нейтрино — одни из фундаментальных частиц, которые очень слабо взаимодействуют с веществом и способны проходить огромные расстояния. Их испускают звезды в процессе ядерных реакций, и поэтому такие частички несут ценную для астрофизиков информацию о строении и процессах во вселенной. 

Нейтрино фиксируют специальные телескопы, называемые нейтринными: американский IceCube, российский Байкальский нейтринный телескоп (известный также как проект Baikal-GVD) и европейский KM3NeT. Они улавливали сигналы от далеких объектов, однако доказать существование частиц из нашей собственной галактики не удавалось до недавнего времени.

В своей новой работе исследователи Института ядерных исследований РАН 🏛, Московского физико-технического института 🏛, Физического института РАН 🏛 и института радиоастрономии общества Макса Планка (MPIfR, Германия) смогли впервые обнаружить нейтрино Млечного пути.

Это фундаментальное открытие, с одной стороны, было давно ожидаемым, а с другой — принесло новые вопросы. Нейтрино хотя и концентрируются к галактической плоскости, но не в узкой полосе — ширина нейтринного Млечного Пути оказалась как две длины ковша Большой Медведицы. Возможно, это указывает на то, что значительная часть нейтрино рождается не просто в нашей Галактике, а в ближайшей ее области. С этим еще предстоит разбираться.

Работа опубликована в журнале 📕 Astrophysical Journal Letters (IF = 8.81)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/430
#новости

Ученые придумали, как эффективнее получать генетически модифицированных коров

Селекция — традиционный подход к выведению новых пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов. Если раньше отбор происходил из особей, полученных естественным путем, то с развитием генной инженерии стало возможно целенаправленно изменять признаки организмов, воздействуя на целевые гены.

Исследователи Уральского федерального аграрного научно-исследовательского центра УрО РАН и Института биологии гена РАН 🏛 предложили способ, как можно генетически модифицировать коров. Таким образом удастся получить скот с требуемыми характеристиками, например, составом молока, объемом мышц или устойчивостью к инфекционным заболеваниям. В основе метода лежит механизм доставки ДНК в клетку вирусами — этот подход прост и не требует сложного дорогого оборудования.

Эксперименты показали, что вирус проникает внутрь клетки, при этом не повреждая ее оболочку; эффективность переноса наследственного материала оказалась до 58%, что довольно неплохой результат. Так авторы смогли получить эмбрионы с выключенным геном рецептора макрофагов и дендритных клеток, который обеспечивает их связывание с широким спектром патогенов и — после — запуск защитных реакций. Производство таких мутантов важно для лучшего понимания механизмов инфекции.

Таким образом, биологи продемонстрировали принципиальное доказательство того, что применение аденоассоциированного вируса в качестве инструмента редактирования генома является эффективным методом получения генетически модифицированных эмбрионов крупного рогатого скота. В будущем им еще предстоит отработать протоколы, чтобы заражение и внедрение в геном было еще лучше.

Работа опубликована в журнале 📕Theriogenology (IF = 2.92)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/431
#новости