Микросенсор превратил рачка в светлячка

Озеро Байкал — крупнейший резервуар пресной воды на планете, а также ценная экосистема с богатым видовым разнообразием животных и растений. Особое место в экосистеме Байкала занимают рачки-амфиподы, поскольку они служат источником пищи для многих рыб, а также поддерживают качество озерной воды благодаря способности ее фильтровать. Глобальные климатические изменения, в частности, повышение температуры у поверхности воды, могут негативно повлиять на состояние и численность обитателей Байкала, привыкших жить в прохладных водах. Так, например, рачки вида Eulimnogammarus verrucosus, которые в больших количествах встречаются в прибрежной части озера, плохо переносят температуры выше 12°С и в летнее время даже мигрируют в более глубокие и холодные места.

Чтобы оценить физиологическое состояние водных обитателей и определить, испытывают ли они стресс, ученые все чаще используют имплантируемые оптические датчики — молекулярные комплексы, которые при помещении в живые ткани светятся в разных длинах волн в зависимости от химического состава среды. Интересующее животное, например, рачка, отлавливают, вводят в его ткани датчик, после чего помещают в условия, воздействие которых хотят изучить. Такой подход позволяет выявить изменения в содержании молекул, участвующих в обмене веществ, гормонов и ионов, а также колебания кислотности среды. Однако, чтобы получить сигнал от существующих сегодня датчиков, приходится освещать ткани, в которые они помещены, ярким видимым светом, а это может навредить животным маленького размера — таким как рачки.

Биологи из Иркутского государственного университета совместно с коллегами из Университета ИТМО🏛 разработали сенсор, позволяющий минимизировать стрессовое воздействие на животное при измерении оптического сигнала. За основу ученые взяли микрочастицы, способные возбуждаться при действии инфракрасного излучения, и в ответ на него испускать свет в видимой области спектра. Помимо них, в состав сенсора включили краситель, реагирующий на изменение кислотности среды. Дело в том, что кислотность важно контролировать для стабильной работы белковых молекул в живом организме, например для лучшей активности ферментов, трансмембранных ионных каналов клеток, а также для переноса кислорода гемоглобином крови или гемоцианином у ракообразных.

Работа опубликована в журнале 📕Photonics (IF = 2.54)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/701
#новости

С помощью ИИ ученые смогли описывать солнечную активность в реальном времени

Магнитное поле Солнца — это основной фактор, определяющий «погодные» явления в межпланетной среде, которые могут быть опасны для линий электропередачи, авиации, космической техники и другой инфраструктуры. Неблагоприятную космическую погоду обычно связывают с активными областями на Солнце — участками вокруг солнечных пятен, где сильное магнитное поле прорывается через поверхность. Пока ученые могут напрямую наблюдать и измерять магнитное поле лишь на поверхности Солнца, однако накопление и последующий выброс энергии происходит в верхнем слое солнечной атмосферы — короне.

Используя возможности дополненных физикой нейросетей, научный коллектив свел воедино данные наблюдений и физическую модель бессилового магнитного поля. За счет этого открывается детальная связь между наблюдаемыми явлениями и физическими принципами, лежащими в основе солнечной активности. Предложенным исследователями подходом ознаменован новый этап в солнечной физике, связанный с дополнительными возможностями численного моделирования Солнца.

Созданная авторами научной статьи симуляция показывает эволюцию наблюдаемой активной области на Солнце, причем моделирование бессилового магнитного поля выполняется практически в реальном времени: на вычисления по симуляции пятидневной серии наблюдений уходит всего 12 часов. Столь высокая скорость позволяет проводить анализ и предсказывать солнечную активность в реальном времени, чтобы в конечном счете лучше прогнозировать космическую погоду.

Работа опубликована в журнале 📕 Nature Astronomy (IF = 15.65)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/702
#новости

#объявления

Циклотронная лаборатория (группа полевой эмиссии) приглашает студентов, магистрантов и аспирантов

В Циклотронную лабораторию (группа полевой эмиссии) ФТИ им. А.Ф. Иоффе🏛 приглашаются:

— студенты 3-5 курса обучения для прохождения практики, выполнения НИР/дипломных проектов и магистерских диссертаций (бакалавр, специалист, магистр)

— выпускники магистратуры (выпуск 2022-2023 г.) для поступления в аспирантуру в этом году (подача документов до 16:00 07.09.23)

Область науки: физическая электроника

🔬Тематики исследований:

— Разработка новых теоретических и экспериментальных методов исследования полевых эмиттеров

— Моделирование перспективных видов эмиссионных структур

— Оптимизация процедуры активации полевых эмиттеров большой площади

🧑🏻‍🏫Обязательные требования к кандидатам:

— Студенты 3-5 курса обучения, выпускники магистратуры (выпуски 2022-2023 года) по специальностям: Физическая электроника, Техническая физика, Материаловедение

— Успеваемость, обучаемость, умеренная инициативность, ответственность

— Желание реализовать себя в сфере науки (получить учёную степень)

👉🏻Будет преимуществом:

— Уверенный пользователь ПК, MS Office, OriginPro

— Начальные навыки моделирования в Comsol Multiphysics, программирования в Labview, LabTalk (OriginPro)

💬Подробнее: https://colab.ws/ads/68

Если вы хотите опубликовать объявление, переходите по ссылке, заполняйте форму и размещайте ваши запросы!

Электродинамическая ловушка помогла охарактеризовать четыре свойства частиц

Специалистам из самых разных отраслей науки — физики, химии, биологии — приходится часто иметь дело с микроскопическими объектами, иногда и отдельными частицами. В силу размера изучать их довольно сложно, поэтому методы, используемые для определения свойств таких микро- и нанообъектов, постоянно совершенствуются.

В более ранней работе ученые из Университета ИТМО🏛 теоретически описали подход, с помощью которого можно одновременно определить несколько характеристик частицы: массу, размер, заряд и плотность. Авторы предложили использовать для этой цели квадрупольную ловушку. Принцип работы этого устройства заключается в том, что интересующую частицу помещают в переменные электрические поля, «зажимающие» заряженную частицу по всем направлениям движения, фиксируя ее в пространстве. При этом параметры полей подбираются так, чтобы частица удерживалась примерно в одной точке, совершая лишь незначительные колебания. Эту систему можно сравнить с тем, как шарик для настольного тенниса «зависает» на одном месте, если на него с разных сторон направляют несколько потоков воздуха равной силы.

Если же амплитуду электрических полей в разы увеличить, передаваемая частице энергия заставит ее управляемо двигаться в квадрупольной ловушке по ромбовидным орбитам. Математические расчеты показали, что по характеристикам траектории движения частицы можно определить ее физические свойства, например, размер, заряд и массу. В новой работе авторы экспериментально подтвердили эффективность данного подхода, использовав в качестве объектов исследования 35 кварцевых микрочастиц. Образцы поместили в квадрупольную ловушку, после чего заставили их перемещаться под действием электрического поля.

Работа опубликована в журнале 📕Powder Technology (IF = 5.64)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/703
#новости

Биотехнологи обнаружили ранее неизвестные повторы в геноме бактерий

В геномах многих эукариотических организмов — от дрожжей до человека — встречаются повторяющиеся последовательности из нескольких сотен нуклеотидов, распределенные по всему геному. Все вместе они образуют семейство, которое может иметь значительное число отдельных членов. Число таких семейств, а также расположение и количество повторов в каждом семействе отличается у разных видов, а потому они могут рассказать об эволюции и происхождении различных живых организмов.

Для поиска дисперсных повторов (тех, которые более или менее равномерно распределены по геному) существует множество математических алгоритмов, которые даже позволяют обнаружить «искаженные» копии. Однако подобных изменений в процессе эволюции может накопиться так много, что найти в геноме недостаточно похожие друг на друга последовательности становится невозможно. Важно отметить, что такие семейства повторов были обнаружены ранее только в геномах эукариот, тогда как в геномах бактерий они не известны.

Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН🏛 предложили новый метод поиска повторяющихся последовательностей. Принцип его работы можно сравнить с поиском математической матрицы, состоящей из столбцов и строк, которая наилучшим образом описывает семейство повторов. Предложенный алгоритм является оптимальным по точности нахождения «разбросанных» повторов в полном геноме, так как учитывает возможность замен нуклеотидов и их вставок и делеций, то есть мутаций.

Исследователи протестировали алгоритм на искусственно сгенерированных последовательностях, содержащих по тысяче повторов, часть из которых содержала мутации. Сравнение с широко применяемыми в биоинформатике системами поиска показало, что предложенный авторами метод позволяет точнее выявлять повторы одного семейства с большим числом мутаций между ними (вплоть до замены половины нуклеотидов в последовательности).

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

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/704
#новости

«Электронный нос» будет контролировать безопасность пластика вместо людей

«Электронный нос» состоит из линейки газовых сенсоров и использует алгоритмы распознавания образов для точной идентификации запаха, что имитирует работу обонятельной системы человека. Разница в том, что «электронный нос», в отличие от носа человека, может реагировать не только на вещества, обладающие запахом.

К пластику для упаковки продуктов и фармацевтических препаратов предъявляются высокие требования по качеству и безопасности. Он не должен иметь постороннего запаха, который сигнализирует о наличии в образце вредных для человека химических веществ. Появление запаха также может свидетельствовать об отклонении от технологии производства полимеров.

Группа ученых предложила метод оценки потребительских качеств переработанного пластика, распознавания его запаха и идентификации источника пластика с помощью «электронного носа». Используя данные оценки запаха пластика экспертной панелью, исследователи предложили модель, позволяющую использовать «электронный нос» вместо человека в заводской лаборатории.

Работа опубликована в журнале 📕Journal of Cleaner Production (IF = 11.07)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/705
#новости

#конференции

📌Всероссийская научная молодежная конференция «Геномика и биотехнология микроорганизмов» 2023

📍Место проведения — Владивосток, ДВФУ🏛;
🗓Даты проведения — 3-7 октября 2023;
⏳Сроки регистрации — до 20 июля 2023;
⏰Сроки подачи тезисов — до 20 августа 2023;
👥Способ проведения — офлайн;
🔗Подробнее — по ссылке

Ученые связали 3D-структуру хромосом с плотностью распределения активных генов

Геномы позвоночных, в том числе и человека, условно можно разделить на две большие части в зависимости от того, сколько в них содержится генов, кодирующих белки. Условно их называют компартментами А и В. Компартмент А соответствует районам хромосом, где активно идет транскрипция, то есть считывание информации об РНК с ДНК. Вторая часть, компартмент В, наоборот, соответствует областям, которые почти не содержат генов, кодирующих белки, и представляет собой так называемые репрессивные участки, богатые повторами и другими регуляторными элементами ДНК. Транскрипционная активность генов тесно связана с пространственной укладкой генетической информации, или архитектурой генома. Дело в том, что считывать информацию с ДНК помогают особые белки — транскрипционные факторы. И, чтобы они могли присоединиться к ДНК, эта молекула, в норме плотно скрученная подобно запутанному клубку ниток, должна «распутаться» и выпрямиться. 3D-строение генома и транскрипционный аппарат вместе поддерживают длительное состояние активного или репрессивного статуса хроматина в каждом конкретном участке ДНК. Нарушение архитектуры ДНК может привести к развитию различных заболеваний, в том числе онкологических. Поэтому, чем больше будет известно о молекулярных механизмах изменений в 3D-строении ДНК, тем станет понятнее, как именно нужно лечить связанные с этим заболевания.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета🏛 сравнили структуру укладки молекул ДНК и генетическую активность в соматических, то есть обычных клетках тела, и в ооцитах (женских половых клетках) курицы. Когда в процессе развития организма клетка приобретает специализацию, например, становится эпителиальной, нервной или половой, архитектура генома тоже меняется, и это влияет на активность генов. Сопоставление половых и соматических клеток помогает лучше понять принципы упаковки генетической информации. Информация о связи внешнего вида хромосом с генетической активностью проливает свет на фундаментальные механизмы работы генов в клеточном ядре.

Работа опубликована в журнале 📕 Epigenetics and Chromatin (IF = 5.47)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/706
#новости

Белок молочной сыворотки повысит эффективность микрогелей в урологии

В большинстве случаев острый цистит, вызванный кишечной палочкой, лечат антибактериальными препаратами в форме таблеток. Однако при хронических инфекциях мочевого пузыря такая терапия малоэффективна из-за того, что антибиотики плохо проникают в глубокие слои внутренней стенки пораженного органа. Другими словами, при приеме таблеток невозможно достичь необходимой концентрации антибиотиков в полости мочевого пузыря, чтобы убить постоянно размножающиеся бактерии, провоцирующие воспаление. Увеличение дозировки лекарств в таблетках создает риск передозировки, отравления и появления большого количества побочных эффектов на здоровых органах. В таком случае введение антибактериальных препаратов непосредственно в полость мочевого пузыря с помощью катетера позволяет использовать намного большую дозу лекарства за счет местного воздействия и отсутствия какого-либо влияния на другие органы и организм в целом. Но из-за постоянного накопления мочи в мочевом пузыре лекарственные препараты, вводимые в его полость, быстро вымываются, в результате чего и такая терапия не всегда оказывается эффективной. Решить эту проблему позволят системы доставки, обладающие высокими мукоадгезивными свойствами, то есть способные закрепляться на стенках органа на продолжительное время.

Группа ученых из Саратовского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского совместно с учеными из Центра нейробиологии и реабилитации мозга имени Владимира Зельмана и Центра фотонных технологий и инженерных систем Сколковского института науки и технологий🏛 разработала методику синтеза эмульсионных микрогелей, которые способны удерживаться на слизистой оболочке мочевого пузыря в течение продолжительного времени, что, в свою очередь, позволяет существенно продлить терапевтическое действие введенных лекарственных препаратов в очаге воспаления. В итоге терапия заболеваний мочевого пузыря, например цистита, становится более быстрой и комфортной благодаря тому, что предложенный подход позволяет уменьшить количество болезненных процедур прямого введения препарата в полость органа.

Работа опубликована в журнале 📕ACS applied materials & interfaces (IF = 10.38)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/708
#новости

Физики предложили более простой способ искажения идеальных метаматериалов

Чтобы детектировать различные вещества методами оптической сенсорики, физики используют метаматериалы, которые выступают в качестве резонаторов и усиливают взаимодействие света с веществом. Дело в том, что каждая молекула взаимодействует с определенной длиной волны света. Резонатор настроен на длительное удержание света на заданной длине волны — поэтому вероятность обнаружить молекулу, то есть чувствительность детектора, повышается.

Чтобы сделать детектор более точным, ученые стараются повысить эффективность удержания света метаматериалами — и даже придумали способ создать «идеальный» резонатор, который удерживает свет бесконечно долго. Однако на практике устройство бесполезно — такой резонатор совсем не впускает и не выпускает свет, не позволяет менять оптический сигнал. Поэтому ученые стремятся научиться искажать этот «идеальный» резонатор так, чтобы структура — метаповерхность — впускала и выпускала свет наружу в нужном количестве. Обычно метаповерхности состоят из одинаковых частиц, расположенных в упорядоченной последовательности. Чтобы исказить структуру, незначительно меняют положение всех частиц, но это сложно и не всегда удобно.

Ученые из ИТМО🏛, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН🏛 и Чжэцзянского университета предложили настраивать связь резонатора и окружающего пространства другим способом: изменять положение не всех частиц, а только части из них, но при этом поворачивать их под более существенным углом. Это позволяет достигать такой же связи света и вещества, как при изменении всех частиц. Технология требует меньшей точности, поэтому позволяет использовать более дешевое оборудование. В своем подходе физики рассмотрели каждый отдельный элемент метаповерхности как приемо-передающую антенну, которая принимает свет и отдает его в эту структуру. Чтобы частицы могли выступать в качестве таких антенн, авторы предложили деформировать часть из них. 

Работа опубликована в журнале 📕Nano Letters (IF = 12.26)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/710
#новости

Танталовое покрытие увеличит срок службы и приживаемость имплантов из титана

Титан применяют в стоматологии и хирургии уже более 50 лет благодаря его высокой прочности, легкости и устойчивости к коррозии. Из него делают зубные импланты, суставы, фрагменты костей, а также соединительные элементы для их сращивания. Этот металл обладает хорошей биосовместимостью — в большинстве случаев организм его не отторгает, однако иногда примеси (ванадий, железо, алюминий), содержащиеся в титановых сплавах, могут провоцировать аллергию. Избежать таких реакций помогает формирование на титане твердого пористого покрытия из керамики или других биосовместимых металлов и их соединений (оксидов, нитридов и других). Еще одно преимущество пористого покрытия состоит в том, что костная ткань срастается с ним быстрее, чем с гладким материалом, что ускоряет приживление импланта. Перспективным материалом для такой обработки является тугоплавкий, но пластичный металл тантал. Под действием высокой температуры на нем образуется тонкий оксидный слой, устойчивый к коррозии, гипоаллергенный и нейтральный по отношению к организму человека. Также благодаря контролируемой термической обработке тантал становится твердым и приобретает наноразмерную поверхностную структуру. Это позволяет имплантируемой конструкции хорошо переносить интенсивные механические нагрузки, которым подвергаются кости.

Ученые Саратовского государственного технического университета им. Ю.А. Гагарина в 2018 году предложили совместить высокотемпературную обработку танталового покрытия с методом электроискрового легирования — нанесения тантала на титан с помощью устройства, генерирующего электрические искры между электродом и изделием. Рабочая часть танталового электрода оплавлялась и в виде микрокапель переносилась на поверхность титана, благодаря чему металлы «сваривались». Последующая термическая обработка приводила к образованию на покрытии оксида тантала, который упрочнил титан-танталовый слой и заполнил трещины, появившиеся из-за быстрого остывания танталовых капель. Такой метод позволил получить упругое высокопористое покрытие. Однако его недостатком оказалась неравномерная толщина от 2–3 до 20–30 микрон, которая мешала покрытию выполнять роль своеобразного буфера между костью и титаном, защищая имплант от повреждений. Наличие тонких участков объяснялось тем, что процесс нанесения микрочастиц тантала было сложно контролировать. В новом исследовании ученые автоматизировали процесс электроискрового напыления тантала с помощью числового программного управления. 

Работа опубликована в журнале 📕International Journal of Refractory Metals and Hard Materials (IF = 4.80)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/711
#новости

Заключение в полимер улучшило эффект метилпреднизолона при травмах позвоночника

Пояснично-крестцовый отдел спинного мозга содержит нейронные цепи, активность которых отвечает за движение задних конечностей. Понимание того, как они работают и управляют нижележащими участками тела, важно для создания эффективных способов восстановления после травм позвоночника. Также до сих пор до конца не ясно и то, что происходит с этими цепями, если повреждение локализовано выше, в грудном отделе.

Первичные механические повреждения спинного мозга необратимы и их тяжесть нельзя изменить, а вот на вторичные можно и нужно влиять. Последние обусловлены биохимическими изменениями в поврежденных тканях, из-за чего могут погибать все новые и новые клетки — в результате состояние пациента ухудшается. В первые несколько часов назначают специальные нейропротекторные препараты, оказывающие противовоспалительное и антиоксидантное действие. Так можно если не остановить прогрессирующее повреждение, то хотя бы минимизировать его.

Долгое время рекомендовалось использовать в первые восемь часов после травмы инъекции метилпреднизолона в больших дозах — достаточно сильного синтетического кортикостероида. Однако у такой терапии много тяжелых побочных эффектов, в том числе пневмония, лейкемия, нейропатии и прочие, а эффект может не стоить подобных рисков. Авторы новой статьи считают, что причина заключается в недостаточной точности доставки лекарства к месту повреждения: чтобы действительно был хороший результат, приходится практически травить пациента метилпреднизолоном. Исследователи предложили иной подход: заключить препарат в состав наноразмерных мицелл из амфифильного триблок-сополимера — полимера из трех звеньев с отличными свойствами. Такие вещества могут взаимодействовать с мембранами клеток и обеспечивать более точную доставку лекарства. 

Работа опубликована в журнале 📕Biomedicines (IF = 4.76)

Читать новость на сайте👇🏻
https://colab.ws/news/709
#новости

Группа Хемотроники и Интерфейсов

📍Организация: Университет ИТМО🏛
🧑🏻‍🔬Области науки: Коллоидная химия, Электрохимия, Нанотехнологии

Чем мы занимаемся:
Наша лаборатория была создана с основным акцентом на самосборку мягких (белки, ДНК, полимеры) и твердых (металлы, оксиды) наночастиц на границе раздела двух несмешивающихся жидкостей (англ. liquid-liquid interfaces), спектроскопию комбинационного рассеяния (aka Raman spectroscopy), двумерные материалы (графены/мексены), а также электрохимию с целью применения для создания сенсоров и биосенсоров нового поколения.

🔬Направления исследований:

— Подложки для усиленной рамановской спектроскопии
— Мемристивные устройства на основе 2D материалов
— Новые методы атомно-силовой микроскопии
— Использование границ раздела для очистки и создания продуктов питания
— Электроды для электрохимического детектирования

👇🏻Подробнее на странице лаборатории
https://colab.ws/labs/521

#лаборатории