Ученые выяснили, какая форма древесного топлива эффективнее разгорается

Тренд на разработку более «зеленых» технологий и подходов захватил все направления науки, особенно химию и энергетику. В случае последней говорят о внедрении возобновляемых источников, которые должны вытеснить традиционное углеродное топливо. Однако сейчас предлагаемые альтернативы не способны обеспечить нарастающий запрос на электричество. В итоге получение энергии путем сжигания угля и древесины остается наиболее надежным и доступным подходом, от которого навряд ли удастся отказаться полностью даже в будущем. И тем не менее, важно использовать такое топливо как можно рациональнее.

Сотрудники Национального исследовательского Томского политехнического университета 🏛 экспериментально выяснили, как форма и размер древесных частиц влияет на особенности их горения. Поскольку на измельчение дерева уходит много электричества, нужно найти баланс между этой затратой и эффективностью сгорания топлива. Авторы исследовали три формы древесных частиц: прямоугольный параллелепипед, куб и пластина. Они сжигали их в специальной установке в диапазоне температур от 636 до 1036°С и регистрировали время задержки воспламенения — то есть как быстро после начала термического воздействия частица загорится, — а еще фиксировали на камеру особенности их воспламенения.

Эксперимент показал, что частицы разгорались по-разному. Так, при относительно низких температурах у кубов сначала прогреваются и воспламеняются ребра (в целом такие частицы разгораются дольше всего), у параллелепипедов — торцы, а у пластин — вся поверхность. С ростом температуры форма и размер уже влияют гораздо меньше. Также интересно, что задержка воспламенения параллелепипедов меняется нелинейно в зависимости от объема частицы: сначала растет, а потом убывает. Это объясняется особенностями движения газообразных продуктов горения на начальных этапах.

Результаты авторов помогут при разработке наиболее эффективных камер для сжигания отходов лесозаготовок разной формы.

Работа опубликована в журнале 📕Renewable Energy (IF = 8.63)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/472
#новости

Биологи выяснили, почему после химиотерапии может возникать новая опухоль

Сотрудники МГУ🏛 с коллегами из Института биологии гена РАН🏛, Первого МГМУ имени И.М. Сеченова и Венского медицинского университета детально изучили факторы, приводящие к хромосомным транслокациям – переносам участков хромосом на другие, негомологичные хромосомы. Такие транслокации зачастую возникают при химиотерапии опухолей и приводят к развитию других онкологических заболеваний в частности, лейкозов (рак крови).

О механизмах, определяющих какие именно хромосомные перестройки возникнут в клетках после возникновения разрывов ДНК, существуют две гипотезы. Первая постулирует, что транслокации обычно возникают между локусами – участками хромосом, которые находятся близко друг к другу в ядре. Во второй гипотезе определяющим фактором для транслокаций считают вызванную двуцепочечными разрывами ДНК подвижность, позволяющую встретиться любым локусам из двух разных хромосом.

Ранее не было известно, что определяет, какая именно транслокация произойдет. Ученые выяснили, что в этом процессе важную роль играет расхождение концов ДНК в месте разрыва. Полученные результаты можно будет использовать для снижения побочных эффектов противораковой терапии.

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

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/473
#новости

Чернила на основе оксида олова стали основой детекторов спирта

Диоксид олова привлекает внимание ученых в качестве материала для прозрачных электродов, как широкозонный полупроводник и прочее. Кроме того, он обладает достаточно высокой чувствительностью к разнообразным веществам, и поэтому может применяться как компонент газовых сенсоров.

Изготовить нанопорошки и затем пленки диоксида олова для подобных устройств можно разнообразными способами, но все они имеют недостатки. Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН🏛, Московского физико-технического института🏛, НИУ ВШЭ🏛, Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева изучили перспективный подход — сольвотермический синтез наноразмерного диоксида олова при атмосферном давлении. Затем они применили его применения для изготовления пленки методом микроэкструзионной печати.

Авторы по каплям добавляли ацетилацетоната олова в ацетилацетоне к разбавленному этанолу при перемешивании и нагревании, и в результате последующего центрифугирования и очистки получили порошок из наночастиц оксида олова. На основе последнего были изготовлены чернила для 3D-принтера, ими на поверхности подложки из оксида алюминия напечатали пленку. Она оказалась немного толще, чем размер исходных частиц, но все равно сохранила наноструктуру. 

Ученые продемонстрировали чувствительность сенсора с использованием такой пленки при определении паров спирта в образцах. Так, они смогли выявить этанол при его концентрации от 0,04% при рабочей температуре 200°C. Примечательно, что чувствительность возрастала с увеличением влажности среды, что обычно нехарактерно для такого типа сенсоров. Хотя пока нет однозначного объяснения этому феномену, авторы связывают его с интенсивными поверхностными реакциями между этанолом, адсорбированным кислородом и гидроксильными группами (результат взаимодействия воды и оксида олова).

Так, авторы продемонстрировали эффективность синтеза наночастиц оксида олова сольвотермическим методом при атмосферном давлении, что оказывается проще и безопаснее, чем обычные подходы, требующие больших давлений и сложного дорогого оборудования. Высокая чувствительность полученных также довольно несложным методом сенсоров позволит использовать их в разных областях, а относительно низкая рабочая температура обеспечит их долгую эксплуатацию.

Работа опубликована в журнале 📕Sensors (IF = 3.85)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/475
#новости

Математики нашли в эксперименте скрытый объект, выводящий систему из равновесия

Сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета🏛, Института проблем машиностроения РАН, регионального отделения Института радиотехники и электроники 🏛, Саратовского государственного технического университета вместе с иностранными коллегами, среди которых — профессор кафедры электротехники и компьютерных наук Калифорнийского университета в Беркли Леон Чуа, разработали экспериментальную методику, с помощью которой поставили точку в вопросе существования скрытых аттракторов в реальном радиофизическом эксперименте.

Впервые были продемонстрированы прямые доказательства существования скрытого хаотического аттрактора. Этот объект — своего рода спрятанная область притяжения — выводит системы из состояния равновесия, делая их поведение непредсказуемым.

Результаты работы, поддержанной грантами Российского научного фонда (РНФ) и опубликованной на страницах журнала Nonlinear Dynamics, и развиваемая в ней теория скрытых колебаний позволят создать более эффективные и безопасные способы управления разнообразными инженерными механизмами, например турбинами ГЭС, и предсказывать природные и техногенные катастрофы.

Работа опубликована в журнале 📕Nonlinear Dynamics (IF = 5.74)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/474
#новости

Лаборатория оптических явлений в сегнетоэлектрических и магнитных кристаллах

📍Организация: Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН🏛
🧑🏻‍🔬Области науки: Магнетизм, Оптика, Нанофотоника

Чем мы занимаемся:
Области исследования и научные тематики: линейная и нелинейная магнитооптика; оптика полупроводниковых наноразмерных магнитных структур; оптика наноразмерных слоистых магнитных структур; оптика тонкоплёночных и объёмных сегнетоэлектрических структур; диэлектрические исследования магнитных структур и объёмных материалов; сверхбыстрая спектроскопия с временным разрешением; магнитные фазовые переходы.

🔬Направления исследований:

— Нелинейная оптическая спектроскопия

— Фемтосекундная спиновая динамика

— Оптическая поляриметрия

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/407

#лаборатории

#конференции

📌XXIV Международная научно-практическая конференция студентов и молодых ученых «Химия и химическая технология в XXI веке»

🏛Место проведения — Томск, Томский политехнический университет🏛;
🗓Даты проведения — 15-19 мая 2023;
⏰Сроки регистрации — до 31 января 2023;
👥Способ проведения — офлайн/онлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Ученые выяснили, как ботулотоксин действует на клетки сердца

Ботулинический токсин А — один из самых опасных токсинов, его вырабатывают бактерии Clostridium botulinum. Способность блокировать нервно-мышечную передачу сигнала обеспечила его популярность во многих сферах медицины: косметическая медицина, неврология, кардиология и прочие.

Ботулотоксин было предложено использовать для борьбы с одним из наиболее частых (примерно у 40% больных) и опасных послеоперационных осложнений в кардиохирургии — послеоперационной аритмией. Считается, что препарат блокирует проведение импульсов по нервным волокнам без непосредственного повреждения сердечной мышцы. Однако ранее исследования ботулотоксина А не проводили на кардиомиоцитах — только на нервных клетках.

Сотрудники МФТИ🏛 вместе с медиками из МОНИКИ имени М.Ф. Владимирского и НМИЦ им. академика Е.Н. Мешалкина обрабатывали кардиомиоциты новорожденных крысят и кардиомиоциты человека, полученные из стволовых клеток, ботулотоксином А (к нему также добавляли аминосахар хитозан, который ускоряет и продлевает действие препарата), а затем проводили электрофизиологические исследования. Так, они применили метод patch-clamp, который позволяет при помощи микропипетки захватить небольшой участок клеточной мембраны и измерить протекающие через него ионные токи — именно последние обеспечивают возбуждение клетки. Оказалось, что ботулотоксин снижает возбудимость клеточных слоев, как предполагают авторы, за счет частичной блокады тока натрия.

Такой результат позволяет предлагать инъекции ботулотоксина как альтернативу абляции сердца — процедуры, в ходе которой патологически возбуждаемые кардиомиоциты погибают. Такое повреждение необратимо, тогда как временная химическая блокада позволит пациенту пережить опасный послеоперационный период.

Работа опубликована в журнале 📕Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology (IF = 3.20)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/476
#новости

В московской пыли оказалось платины и палладия больше, чем в земной коре

Элементы платиновой группы являются основными активными компонентами автомобильных каталитических нейтрализаторов, применяемых для снижения выбросов вредных веществ (окись углерода, оксиды азота, углеводороды и прочие) из выхлопной системы автомобилей. Со временем катализаторы изнашиваются и начинают выделять эти элементы в окружающую среду. Растворимые формы платины и палладия могут быть токсичны и вызывать аллергические реакции, а потому важно отслеживать их содержание в городах, где очень много машин.

Сотрудники ГЕОХИ РАН🏛 вместе с коллегами из МИСИС🏛 и Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН отобрали более семидесяти проб осевшей пыли в Москве: на территории, ограниченной Третьим транспортным кольцом, на автомагистралях, второстепенных дорогах, в парковых и жилых зонах. Они выделили из них частицы и изучили их размер и структуру методами лазерной дифракции и электронной микроскопии, а также провели элементный анализ при помощи атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой.

Результаты показали, что общее среднее содержание платины в исследуемых пробах дорожной пыли составляет 35 нг/г, а палладия — 235 нг/г. В среднем в растворимых формах присутствуют 10% платины и 4% палладия от их общего содержания в пыли. Выявленные концентрации платины и палладия значительно выше средних в земной коре (около 1 нг/г).

Как отмечают в ГЕОХИ РАН, основная доля целевых металлов находится во фракции микрочастиц, то есть в достаточно малоподвижной форме, однако при изменении условий окружающей среды они могут переходить в растворимые, более подвижные и токсичные соединения.

Работа опубликована в журнале 📕Molecules (IF = 4.93)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/477
#новости

Тонкий слой кремнезема позволил золотым наночастицам «сиять» ярче

В современной медицине активно развивается адресная доставка лекарств. Этот подход заключается в том, что препарат транспортируется с помощью специальных носителей строго в определенное место, например к опухоли. Это позволяет избежать повреждения и гибели здоровых клеток и тканей. 

Одна из возможных систем доставки лекарств представляет собой наночастицы золота, к которым присоединяют молекулы лекарства. Такую конструкцию покрывают специальной оболочкой, защищающей лекарство от слишком раннего высвобождения. Кроме того, к ней крепятся антитела — белковые молекулы, нацеливающие частицы в нужное место.

В качестве материала для создания оболочки таких частиц используется кремнезем — соединение, которое по химическому составу идентично обычному песку. До сих пор ученых, в основном, интересовало, какие размер и форму должны иметь наночастицы на основе золота, чтобы наиболее эффективно доставлять лекарства, однако оптическим свойствам таких конструкций уделялось гораздо меньше внимания. При этом, если частицы способны хорошо рассеивать падающий на них свет определенного диапазона, их можно отслеживать с помощью специальных приборов, а значит, и контролировать доставку лекарств. Способность рассеивать свет во многом зависит от напряженности электрического поля вокруг частиц, поэтому по его значению можно понять, какие частицы будут лучше всего «светиться».

Ученые из БФУ им. И. Канта 🏛 математически смоделировали значения электрического поля, которое создается тремя типами структур — наночастицами золота без оболочки, частицами, покрытыми слоем кремнезема, а также пустой кремнеземной капсулой. При этом авторы исследовали оболочки разной толщины — от двух до двадцати нанометров (величины, не превышающие размер самых мелких вирусных частиц).

Оказалось, что наибольшая напряженность электрического поля возникала вокруг частиц, покрытых слоем кремнезема толщиной 20 нм. Напряженность вокруг них более чем в 2,5 раза превышала значения, характерные для свободных наночастиц золота. Это привело к тому, что плотно «одетые» частицы хуже рассеивали свет. Тонкая оболочка — порядка 2-5 нм — наоборот, усиливала рассеяние, благодаря чему частицы легче выявлялись при их освещении лазером.

Работа опубликована в журнале 📕Nanomaterials (IF = 5.72)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/478
#новости

После модификации лекарство от рака стало производить свободные радикалы

Металлопрепараты считаются очень перспективными лекарствами против различных недугов. Например, химиотерапевтический цисплатин, который применяют примерно у половины раковых больных по всему миру, представляет собой комплексное соединение платины. Атом этого металла может прочно связываться с ДНК, образуя тем самым сшивки внутри одной нити и между соседними, что повреждает наследственный материал и приводит к гибели клетки. Такой механизм работает не только в раковых, но и в здоровых тканях, приводя к развитию тяжелых осложнений, среди которых — почечная недостаточность и подавление функций костного мозга. Специалисты стараются подобрать иные лиганды (окружение) платины, чтобы лекарство от рака было более эффективным и безопасным.

Коллектив ученых из Москвы, Астрахани и Новосибирска предложил дополнительно модифицировать цисплатин органическими молекулами, способными обратимо принимать электроны, генерируя при этом свободные радикалы, что может быть использовано при химиотерапии.

В результате работы были получены три новых соединения платины, проявляющих биологическую активность и являющиеся токсичными в отношении раковых клеток. Электрохимические измерения показали, что генерация свободных радикалов возможна во всех трех соединениях. По словам авторов разработки, одно из соединений по противораковой активности сопоставимо с цисплатином, но, к сожалению, более токсично и к здоровым клеткам.

Полученные результаты станут основой для новых исследований биологической активности комплексов металлов. Ученые продолжают работу над модификацией органических молекул, а также планируют заменить платину на никель — более совместимый с организмом человека элемент. Возможно, такой вариант окажется более безопасным.

Работа опубликована в журнале 📕Molecules (IF = 4.93)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/479
#новости

Электродные материалы для металл-ионных аккумуляторов, суперконденсаторов и редокс-батарей

📍Организация: Санкт-Петербургский государственный университет🏛
🧪Области науки: Химия полимеров, Электрохимия, Материаловедение

Чем мы занимаемся:
В лаборатории осуществляются фундаментальные и прикладные исследования в области разработки новых энергозапасающих материалов для химических источников тока, решаются инженерные и научные задачи по созданию материалов и устройств электрохимического запасания энергии. Экспериментальные и теоретические исследования сфокусированы на разработке научно-технологических основ получения новых электродных материалов для металл-ионных и других источников тока, изучении кинетики и механизма твердофазных процессов переноса заряда в таких материалах.

🔬Направления исследований:

— Композитные электродные материалы

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/409

#лаборатории

Белки в слезах пожилых помогут выявить серьезное заболевание сетчатки

Окклюзия вен сетчатки (ОВС) — глазное заболевание, развивающееся из-за закупорки тромбом соответствующих сосудов. Оно встречается почти у 5% пациентов старше 80 лет и у 0,77% — моложе 60. Из-за нарушения кровообращения ткани испытывают недостаток кислорода и могут погибнуть. Это чревато воспалением, снижением остроты зрения и даже его полной резкой потерей — ОВС является второй причиной этой беды, а потому важно как можно скорее отследить начало заболевания.

Сотрудники Научно-исследовательского института биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича🏛 и Российской медицинской академии непрерывного профессионального образования предложили свой подход к диагностике. Они изучили белковый состав слез пациентов с ОВС и постарались выяснить, какие из молекул, связанных с развитием болезни, оказываются наиболее критичными.

Также авторы отметили повышенный уровень небольшого поверхностного белка мезотелина и пониженный — β2-микроглобулина. В совокупности на основе пяти маркеров ученые составили предварительную модель прогноза (с чувствительностью 77,2–95,2%) тяжести течения заболевания. Ожидается, что в будущем модель поможет специалистам при постановке диагноза.

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

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/480
#новости

Бактериальные пленки послужат «годовыми кольцами» для пластикового мусора

Пластиковое загрязнение воды стало проблемой мирового масштаба. Пластиковый мусор опасен тем, что активно включается в пищевые цепочки, поскольку для животных может быть похож на еду, например рачков и медуз. Далее он попадает и в организм человека. Кроме того, на пластиковых частицах формируются биопленки — сообщества микроорганизмов, окруженных матриксом, среди которых могут оказаться и патогены; также на них накапливаются токсичные соединения.

В Черном море «пластиковая» проблема стоит особенно остро: сток рек в ряде промышленно развитых стран, медленное восполнение воды, ограниченное вертикальное перемешивание и интенсивная поверхностная циркуляция в сочетании с растущей урбанизацией, рекреационной нагрузкой, рыбопромысловыми зонами и свалками усугубляют ситуацию. Исследователи из Института биологии южных морей имени А.О. Ковалевского РАН и Морского гидрофизического института РАН вместе с катарскими коллегами решили выяснить, чем отличаются биопленки на поверхности частиц полиэтилентерефталатного пластика на разной глубине и в разные времена года. Авторы изучали под микроскопом прозрачные фрагменты и замеряли количество и размер биопленок на них. Также они оценили видовой состав обитателей обрастаний.

Результаты исследований показали, что скорость обрастания пластикового мусора в поверхностном слое воды была ниже, чем в средней и придонной толще воды, что может быть связано с повреждающим действием турбулентного перемешивания. Наиболее высокие темпы биообрастания и разнообразие сообщества наблюдались в летний период — наиболее благоприятный для роста и развития микроорганизмов.

В ходе работы авторы разработали подход, позволяющий определить «возраст» пластикового мусора, — так можно, например, выяснить, что повлияло на увеличение загрязнения (открытие или закрытие каналов, заводов и прочее). Поскольку скорость роста биопленки сильно отличается летом и зимой, использовать ее размер не удалось. В качестве альтернативы ученые предложили рассматривать колонии зеленой водоросли Phycopeltis, одной из первых населяющей мусор. Этот микроорганизм адаптирован к разнообразным условиям среды, и на разных стадиях его биопленки имеют отличный внешний вид. Так можно хотя бы примерно предположить, когда частицы пластика оказались в воде.

Работа опубликована в журнале 📕Chemosphere (IF = 8.94)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/481
#новости

Раскрыт принципиально новый механизм хранения информации в ДНК

В 1953 году Джеймс Уотсон и Френсис Крик расшифровали структуру ДНК в виде двойной спирали. Такая модель подразумевала, что у каждой цепочки есть идеальная пара — комплементарная цепочка, и они связываются друг с другом благодаря специфическим взаимодействиям составляющих их нуклеотидов.

До сих пор на эту стройную базу добавляются новые механизмы взаимодействия ДНК с другими молекулами, например, эпигенетическая регуляция работы генов, без изменения их последовательности. Теперь же руководитель направления «Нанобиомедицина» Университета «Сириус», заведующий лабораторией МФТИ🏛 Максим Никитин предложил совершенно новую концепцию того, как может храниться и реализовываться информация, заключенная в ДНК.

Модель, представленная исследователем и единственным автором работы, предполагает, что принцип комплементарности соблюдается не всегда, и взаимодействие между нуклеотидными цепями может происходить, даже если они не являются идеальной парой. Так, в классическом варианте имеет место наибольшая степень аффинности, то есть наиболее сильное взаимодействие. Если начать заменять нуклеотиды в одной из цепей один за другим, аффинность будет падать, но взаимодействие все равно окажется возможным. В итоге у каждой одинарной цепи ДНК есть множество возможных партнеров даже в пределах строго определенного уровня «идеальности», и такое множество Никитин назвал континуумом аффинностей.

Никитин также экспериментально доказал, что можно всего на основе одной цепи образовать целую систему из ее «неидеальных» партнеров и тем самым совершенно по-разному интерпретировать заключенную в ней информацию. В ходе компьютерного моделирования он смог на этом построить целую схему, имитирующую работу 572-битной ячейки памяти, что превосходит по емкости все имеющиеся ячейки в современных запоминающих устройствах.

Работа опубликована в журнале 📕Nature Chemistry (IF = 24.27)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/482
#новости

Найдены общие для людей, мышей и крыс гены, связанные с депрессией

Аффективные расстройства, также известные как эмоциональные расстройства, — это совокупность психических нарушений с изменением эмоционального состояния. К ним относятся различные формы депрессий и маний, психозы, повышенная тревожность.

Несмотря на большую распространенность таких заболеваний, многие патологические механизмы до сих пор не ясны. Для исследования аффективных расстройств часто используются животные модели, такие как крысы и рыбки данио рерио. Однако далеко не все данные, полученные на животных моделях, могут быть затем применимы к людям. Это заставляет ученых искать новые методики, которые помогли бы выявить эволюционно стабильные молекулярные механизмы развития аффективных расстройств.

Группа ученых под руководством Алана Калуева, главного научного сотрудника лаборатории молекулярно-биологических и нейробиологических проблем и биоскрининга МФТИ🏛, провела исследование, в котором использовали как традиционные методы, такие как сравнение «здоровых» людей и животных с теми, кто имеет симптомы заболевания, так и более сложные подходы: межвидовой анализ путем сравнения ортологов — «похожих» генов различных организмов, которые выполняют сходную функцию и произошли от одной последовательности ДНК. Для анализа использовали данные секвенирования РНК — рибонуклеиновой кислоты, которая является промежуточной биомолекулой для передачи информации от «источника», ДНК, к выполняющим определенную функцию белкам.

Полногеномное ДНК-секвенирование дает общую картину всего многообразия генов в организме, но не может ответить на вопрос о том, какие из них активны в различных клетках и тканях в определенный момент времени. По этой причине для анализа экспрессии генов используется именно РНК-секвенирование, благодаря которому можно установить прямую связь между активностью генов и определенными физиологическими условиями. Ученым удалось зафиксировать некоторые общие механизмы ответа на стресс, включающие изменение активности генов, отвечающих за передачу сигнала через ионы кальция, молекулы клеточной адгезии и окислительное фосфорилирование.

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

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/483
#новости