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

⚡️Продолжаем серию постов-подборок лабораторий из научно-исследовательских организаций, которые зарегистрированы на платформе.

Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН 🏛

🔬Лаборатория Азотсодержащих Соединений

🔬Лаборатория Полисераазотистых Гетероциклов

🔬Лаборатория супрамолекулярной химии

Регистрируйте свой профиль, добавляйте лаборатории и присоединяйтесь к сообществу, объединяющему учёных и лаборатории по всей стране!🧬

Лаборатория молекулярной нейробиологии

📍Организация: Сколковский институт науки и технологий🏛
🧪Области науки: Биоинформатика, Нейробиология, Молекулярная биология

Чем мы занимаемся:
Построение липидомных и транскриптомных карт мозга здорового человека, пациентов с шизофренией и депрессией на основе данных RNA-seq, single-cell RNA-seq и масс-спектрометрии.

Направление исследований:
— Картирование мозга человека

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/364

#лаборатории

Лаборатория многомасштабного моделирования в физике мягкой материи

📍Организация: Московский физико-технический институт🏛
🧪Области науки: Физика конденсированного состояния, Физическая химия, Молекулярное моделирование

Чем мы занимаемся:
Мы занимаемся фундаментальными исследованиями свойств жидкостей и мягкой материи методами суперкомпьютерного моделирования, а также внедрением полученных результатов в промышленность. Исследования включают в себя апробацию моделей межатомного взаимодействия для различных систем, описание процессов захвата щелочных ионов гетероциклическими соединениями в различных растворах, а также рассмотрение вопросов сорбции ионов и молекул на поверхностях.

Направление исследований:
— Расчеты свойств жидкостей
— Комплексы ионов с гетероциклическими соединениями
— Растворимость органических молекул
— Сорбция органических молекул и ионов

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/353

Подписывайтесь на канал лаборатории:
https://t.me/softmatter_mipt

#лаборатории

#конференции

📌XXVI Всероссийская конференция молодых ученых – химиков (с международным участием)

🏛Место проведения — Нижний Новгород, ННГУ🏛
🗓Даты проведения — 18-20 апреля 2023;
⏰Сроки подачи тезисов — до 15 декабря 2022;
👥Способ проведения — офлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Storion lab

📍Организация: Сколковский институт науки и технологий🏛
🧪Области науки: Молекулярное моделирование, Электрохимия, Материаловедение

Чем мы занимаемся:
Overarched by the development of new energy storage technology our lab consists of three research groups, which are complementary to each other. Cathode, anode, electrolyte design and new chemical synthesis by Stanislav Fedotov Design of electrode/electrolyte interfaces and electrochemical study by Victoria Nikitina Computational design of battery materials and atomic level understanding of electrode/electrolyte interface by Dmitry Aksyonov

Направление исследований:
— Low temperature ion insertion-based batteries
— (Photo)electrochemical hydrogen production
— Electrochemical CO2-to-fuels conversion
— Computational design of solid/solid and solid/liquid interfaces for metal-ion batteries
— Advanced study of defects in electrodes for metal-ion batteries
— Understanding cation migration barriers in oxide and phosphate based cathode materials with DFT calculations
—Development of computational framework SIMAN for high-throughput DFT calculations

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/365

#лаборатории

Новая модель поможет точнее предсказывать активность катализаторов

Ранее ученые из СПбГУ🏛выяснили, что галоген- и халькогенсодержащие катализаторы имеют разную активность, которая зависит от строения молекулы. При этом оценить ее можно не только экспериментально, определяя скорость реакции, но и теоретически — с помощью расчета электростатического потенциала. Он показывает, насколько охотно вещество будет принимать электроны от других соединений. Такой подход до сих пор использовался только для сравнения относительной эффективности различных катализаторов, однако с его помощью было невозможно точно оценить абсолютную активность. В новой работе исследователи предложили модель для вычисления электростатического потенциала, которая позволяет решить эту задачу.

Авторы провели химическую реакцию, используемую в процессе синтеза некоторых лекарств и биологически активных соединений. Для ее ускорения использовали четыре иодсодержащих органических соединения, поскольку они, с одной стороны, высокоактивны, а с другой — позволяют получить очень чистые продукты, что крайне важно в медицинской химии.

Оказалось, что наиболее точно описать ход превращения позволила модель, в которой при расчете учитывалось взаимодействие исходного вещества не только с катализатором, но и с двумя молекулами растворителя, который служил для них своего рода окружающей средой. Эта поправка к расчету позволила химикам достоверно оценить активность каждого из четырех катализаторов. Правильность предложенной модели удалось подтвердить тем, что теоретические расчеты соответствовали наблюдаемым на практике скоростям реакции.

Работа опубликована в журнале 📕Organic Chemistry Frontiers (IF = 5.46)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/432
#новости

УНУ ОПЫТНЫЙ БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ИФР РАН (УНУ ОБК ИФР РАН)

📍Организация: Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН🏛
🧪Области науки: Биотехнология, Клеточная биология, Физиология растений

Чем мы занимаемся:
ОБК ИФР РАН обеспечивает проведение комплексных научных исследований в области биотехнологии высших растений. ОБК ИФР РАН включает в себя три участка: подготовительный, производственный и участок получения готовой продукции, оснащенные как отечественным, так и импортным оборудованием.

На подготовительном участке проводят работы по очистке воздуха; подготовке и стерилизации посуды и оборудования; приготовлению и стерилизации сред для культивирования; поддержанию в коллекциях культур-продуцентов; подготовке отобранных штаммов к аппаратному выращиванию. Участок укомплектован набором дистилляторов и паровых автоклавов, моющим оборудованием, стерилизационными и сушильными установками, климатическими камерами с контролируемыми условиями среды и стационарными круговыми качалками для длительного культивирования штаммов-продуцентов в колбах с системой регулирования количества оборотов (для колб 0,25 — 2,00 л), ламинарными шкафами-боксами, а также аналитическим оборудованием. Производственный участок оснащен ферментационными установками объемом от 2 до 2500 л, в которых осуществляют собственно аппаратное культивирование культур-продуцентов в лабораторных, пилотных и полупромышленных установках при одновременном мониторинге процессов роста и биосинтеза. На участке получения готовой продукции растительные клетки и адвентивные корни отделяют от культуральной жидкости, сушат, проводят анализ сухой биомассы, фасуют и укладывают на хранение. Сектор оснащен комплектом фильтрационного и сушильного оборудования, позволяющим работать с различными объемами клеточных суспензий и адвентивных корней, а также соответствующим аналитическим оборудованием для проведения химического анализа получаемой продукции (ВЭЖХ, УЭЖХ-МС, спектрофотометры).

Направление исследований:
— Получение и комплексное исследование характеристик культур адвентивных корней высших растений

— Создание и отработка промышленных биотехнологий получения ценных БАВ на основе культур клеток и органов высших растений.

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/368

#лаборатории

Физики описали столкновение тяжелых ядер с поверхностным нейтронным слоем

Кварк-глюонная плазма — уникальное агрегатное состояние вещества, возникающее при очень высоких температурах. При этом происходит разрушение не атомов, а более мелких частиц адронов, распадающихся на кварки и глюоны. В таком состоянии материя находилась в первые мгновения после Большого взрыва, затем же, по мере расширения и охлаждения Вселенной, кварки с помощью глюонов объединились в протоны и нейтроны, а эти нуклоны сформировали ядра будущих атомов.

Вполне возможно, что кварк-глюонная плазма есть где-то на просторах Вселенной и сейчас, однако этому нет доказательств. Чтобы обнаружить ее следы, ученые стараются получить такое состояние материи в лабораториях: это возможно при столкновении разогнанных на ускорителях тяжелых ядер. Физики МФТИ 🏛 и ИЯИ РАН 🏛 показали, что такие установки также могут быть использованы для изучения свойств поверхностного нейтронного слоя, который характерен для тяжелых ядер.

Авторы ранее создали модель, которая описывает процесс образования спектаторных нуклонов и ядерных фрагментов-спектаторов. Теперь они опробовали ее для решения новой задачи и выяснили, что в процессе столкновения с большим перекрытием ядер обогащенный нейтронами слой отделяется от горячей зоны подобно кожуре мандарина. Протоны и нейтроны из этой кожуры могут быть отдельно зарегистрированы и подсчитаны в специальных передних детекторах, уже много лет используемых в эксперименте ALICE на Большом адронном коллайдере в ЦЕРН.

Работа опубликована в журнале 📕European Physical Journal A (IF = 3.13)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/433
#новости

Фосфатная метка оказалась важной для работы белка, связанного с лейкозом

Белки — это биологические полимеры, выполняющие разнообразные функции в нашем организме. Например, нуклеофозмин (NPM1) регулирует жизненный цикл клеток, участвует в синтезе других белков, а также влияет на выживание и развитие нейронов человека. При этом мутации нуклеофозмина могут приводить к острым миелоидным лейкемиям (рак крови), и ученые рассматривают его в качестве важного опухолевого маркера и потенциальной мишени для создания лекарственных препаратов.

Работа NPM1, его укладка и расположение в клетке контролируется с помощью различных четко скоординированных механизмов, одним из которых является взаимодействие со специальными регуляторными белками из семейства 14-3-3. Для того, чтобы повлиять на работу NPM1, белки 14-3-3 взаимодействует с ним в области, которая может содержать «фосфатную метку». Более ранние исследования показали, что она необходима для взаимодействия с 14-3-3, однако структура комплекса между двумя этими белками оставалась неизвестной.

Ученые из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН 🏛 с коллегами из Университета штата Орегон исследовали молекулярный комплекс, который образуется при взаимодействии NPM1 с белком 14-3-3. Авторы клонировали гены этих двух человеческих белков в клетки кишечной палочки. Бактерии наработали нужные молекулы, и далее авторы выделили интересующие белки и определили структуру их комплекса. Для этого NPM1 был соединен с белком 14-3-3 с помощью искусственной гибкой перемычки, что позволило сблизить те участки белков, которые должны взаимодействовать.

Полученная с помощью кристаллографии структура комплекса белка 14-3-3 с функционально значимым фрагментом нуклеофозмина подтверждает перспективность и универсальность разработанного авторами ранее подхода, основанного на создании гибридных комплексов 14-3-3-партнер, для исследования различных комплексов с участием белков 14-3-3.

Работа опубликована в журнале 📕Biochemical and Biophysical Research Communications (IF = 3.32)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/434
#новости

Наночастицы помогли защитить ткани от тропических микроорганизмов

Широкое использование антибиотиков в медицине и сельском хозяйстве приводит к появлению нечувствительных к ним бактерий, так называемых антибиотикорезистентных штаммов. Размножаясь на различных поверхностях, они могут стать причиной серьезных заболеваний растений и животных, а также человека. Поэтому создание материалов, токсичных для патогенных микроорганизмов, является крайне важной задачей.

Наночастицы некоторых оксидов металлов эффективно подавляют жизнедеятельность бактерий, грибков и простейших. При этом механизм их действия принципиально отличается от известных механизмов действия антибиотиков, что позволяет уничтожать даже микроорганизмы с множественной лекарственной устойчивостью. Интересным свойством таких оксидов является то, что, являясь токсичными по отношению к бактериям, они практически безвредны для клеток и тканей многоклеточных организмов.

При нанесении наночастиц оксидов металлов на ткань очень важно обеспечить прочное связывание наночастиц и волокон. Для увеличения устойчивости антибактериального покрытия исследователи из ИОНХ РАН 🏛 предложили использовать разработанную ими технологию ультразвуковой обработки. Высокочастотные колебания приводят к появлению в воде огромного количества очень маленьких (несколько десятков микрон) пузырьков разреженного газа.

Такой эффект «закипания» воды при комнатной температуре под действием ультразвука называется кавитацией. Кавитационные пузырьки очень нестабильны, и при их схлопывании наночастицы разгоняются до высоких скоростей, проникая глубоко в волокна ткани. Такой метод обеспечивает равномерное распределение наночастиц, допускает крупномасштабное производство и обеспечивает низкую стоимость материала. В результате такой обработки потребительские качества хлопковых тканей практически не меняются, а закрепленные в волокнах наночастицы выдерживают не менее 20 циклов стирки.

Использование технологичного способа обработки, невысокая стоимость и доступность исходного сырья, безопасность наночастиц при контакте с кожей позволяют получать ткани, долго сохраняющие высокую прочность в тропических условиях даже на открытом воздухе при относительной влажности более 90%. Такие ткани можно использовать не только для производства медицинского текстиля, но и для изготовления повседневной одежды.

Работа опубликована в журнале 📕Journal of Functional Biomaterials (IF = 4.90)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/435
#новости

Вещества с одинаковые свойствами могут быть разными на уровне молекул

Большинство физических и все механические свойства веществ определяются тем, как взаимодействуют между собой частицы, молекулы и атомы, входящие в их состав. Так, например, особое взаимодействие молекул воды друг с другом влияет на то, что эта жидкость закипает при температуре 100°С, при 0°С затвердевает, а также хорошо проводит звук и имеет очень большую теплоемкость.

Чтобы описать подобные «коммуникации» между частицами, атомами и молекулами, физики используют понятие потенциала взаимодействия. Эта величина определяет, с какой энергией частицы взаимодействуют друг с другом, и как эта энергия изменяется в зависимости от расстояния между ними. Между частицами возможно как притяжение, так и отталкивание, при этом в первом случае потенциал оказывается отрицательным, а во втором положительным. Когда значения потенциала близки к нулю, силы притяжения и отталкивания сбалансированы, и можно сказать, что частицы не взаимодействуют.

Благодаря такой зависимости ученые по значению потенциала могут рассчитать и предсказать физические свойства различных материалов, даже совершенно новых, еще не известных. До сих пор считалось, что у каждого вещества имеется уникальный потенциал взаимодействия, наподобие того, как каждый человек обладает неповторимым отпечатком пальца.

Ученые из Казанского федерального университета🏛 предложили использовать методы машинного обучения, чтобы определять потенциал взаимодействия в веществах, для которых экспериментально известны физические свойства. Исследователи показали, что предложенный ими подход позволяет корректно оценивать эту величину по данным о структуре материала, а также теплопроводности, теплоемкости, вязкости и другим свойствам. В результате становится возможным быстро находить вещества, которые по своим свойствам удовлетворяют конкретным требованиям, например, имеют нужную теплопроводность.

Работа опубликована в журнале 📕Physica A: Statistical Mechanics and its Applications (IF = 3.78)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/436
#новости

Новая установка помогла описать процесс повреждения армированных композитов

Углепластики, они же армированные композиты, представляют собой материалы из переплетенных волокон, погруженных в полимерные смолы. Они превосходят по механическим характеристикам металлы и сплавы, но при этом гораздо легче них. то делает такие системы очень перспективными в авиа- и ракетостроении. Вместе с тем довольно трудно предсказать, что с ними будет при долгосрочном использовании, а именно при износе. Сложность заключается в расчете остаточного ресурса композитных конструкций при длительной эксплуатации.

В отличие от металлов, для которых ученые и инженеры уже изучили процессы механического поведения при различных нагрузках, предсказать образование повреждений в углепластиках сложнее из-за их многокомпонентной структуры. Как правило, разрушения в таких составных материалах начинают формироваться на микроуровне на границе веществ. Со временем трещины размером в несколько микрон, образовавшиеся в различных областях углепластика в результате растягиваний, изгибов и ударных нагрузок, объединяются в макротрещину, и расслоение приводит к разлому композитного изделия. 

Для изучения и наглядной визуализации процессов разрушения углепластиков на микроуровне в лаборатории акустической микроскопии ИБХФ РАН 🏛 была разработана специализированная установка. Чтобы получить изображение микроструктуры композитов, исследователи применили высокочастотную ультразвуковую микроскопию, которая позволяет увидеть в объеме материала элементы размером в несколько микрометров, оставляя при этом сам композит невредимым. Образующиеся в углепластиках пустоты или разрывы хорошо видны на таких ультразвуковых изображениях. С помощью этого метода ученым удалось найти, визуализировать и описать некоторые механизмы зарождения и роста повреждений при растяжении углепластиков.

В будущем научный коллектив планирует продолжить изучение процессов трансформации и перестройки объемной микроструктуры углепластиков от микро- до макроуровня под действием различных типов механических нагрузок.

Работа опубликована в журнале 📕Composites Part B: Engineering (IF = 11.32)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/437
#новости