Новости науки

[Scyther]

Китай впервые состыковал в космосе "небесный корабль" с "небесным дворцом"
http://www.mk.ru/science/2017/04/22/kitay-vpervye-sostykoval-v-kosmose-nebesnyy-korabli-s-nebesnym-dvorcom.html
Китай впервые провел успешную стыковку в космосе космического грузовика "Тяньчжоу-1" с лабораторией  "Тяньгун-2". В переводе "Небесный корабль" и "Небесный дворец".

Центральное телевидение Китая вело прямую трансляцию этого события. Космический грузовик был выведен в космос в четверг с космодрома Вэньчан при помощи ракеты-носителя "Чанчжэн-7". Грузовик доставил в космическую лабораторию шести тонн груза, включая топливо и другие припасы.

[Scyther]

Иммунные клетки помогают сердцу биться
https://www.nkj.ru/news/31153/

Клетки сердца, выращенные в лаборатории.

Клетки макрофаги помогают волокнам проводящей системы сердца держать ритм.

Сердце сокращается благодаря системе особых мышечных волокон, которые не похожи на те, что составляют основную массу сердца, и которые сами генерируют сократительный импульс, распространяя его на всю сердечную мышцу.

Эти волокна образуют несколько разных отделов, и начинается все с так называемого синоатриального узла в правом предсердии. Синоатриальный узел называют водителем ритма первого порядка, из него импульс переходит в предсердно-желудочковый (атриовентрикулярный) узел, который находится на границе между предсердиями и между правым предсердием и правым желудочком. Затем сократительный сигнал распространяется по другим волокнам, так что все отделы сердца работают ритмично и согласованно.

Но в сердце есть не только обычные мышечные волокна и атипичные, генерирующие ритм – в нем есть и другие клетки, среди которых довольно много иммунных макрофагов. Задача макрофагов – искать и уничтожать бактерии, убирать клеточный мусор, помогать ранам заживать и т. д. Но в сердце у них есть еще одна, совершенно неожиданная функция. Исследователи из Гарвардской медицинской школы решили выяснить, зачем сердцу так много макрофагов, и убрали их из сердечной мышцы мыши – и тут оказалось, что «обезмакрофаженное» сердце плохо бьется, что сократительный импульс часто просто пропадает на границе между правым предсердием и правым желудочком. Дальнейшие эксперименты показали, что в этой зоне макрофагов особенно много, что у мышей, что у людей.

Когда иммунные клетки попробовали вырастить в одной культуре вместе с мышечными, то оказалось, что макрофаги тесно соединяются с мышечными клетками; более того, электрохимические параметры клеточной мембраны макрофагов оказываются согласованы с электрохимическими параметрами их мышечных партнеров – то есть клетки синхронизируют свои электрические особенности.

Чтобы узнать, как иммунные и мышечные клетки взаимодействуют в сердце, авторы работы модифицировали макрофаги так, чтобы заряд на их мембране можно было регулировать световым импульсом: когда клетка получала порцию света по оптоволокну, она делалась более положительно заряженной. Такой «положительный» макрофаг, в свою очередь, повышал возбудимость соседних мышечных клеток – они с большей готовностью принимали и проводили электрический импульс.

Когда мышиное сердце заставляли биться быстрее обычного, то некоторые импульсы, рожденные в предсердном водителе ритма, не доходили до желудочков, теряясь в районе атриовентрикулярного узла. Но если модифицированные макрофаги, которые сидели тут же, в этом же узле, стимулировали светом, то атриовентрикулярный узел проводящих волокон начинал работать без перебоев. То есть иммунные клетки, становясь положительно заряженными, помогали работать клеткам сердца, которые под влиянием макрофагов лучше чувствовали приходящие импульсы и передавали их дальше по сердечной мышце. Подробно результаты экспериментов опубликованы в статье в Cell.

Очевидно, что макрофаги помогают работать сердцу и в обычной ситуации, без каких-то модификаций. О том, что сердце, лишенное их, начинает плохо работать, мы уже говорили; то же самое происходило, когда у мышей отключали ген белка, соединяющего макрофаги с мышечными клетками – тесный контакт между ними исчезал, и иммунные клетки уже не могли влиять на своих мышечных партнеров. Возможно, что некоторые проблемы, связанные с аномальным сердечным ритмом, возникают из-за того, что макрофаги и проводящие волокна сердца утрачивают контакт друг с другом. Если так, то, возможно, в ближайшем будущем мы сможем лечить сердце, действуя через иммунную систему.

[Scyther]

"Пряжа, сплетенная Богом"
https://scientificrussia.ru/articles/pryazha-spletennaya-bogom

О ДНК знают все. В фильме «Смысл жизни по Монти Пайтону» звучит стихотворение, которое мы приводим в переводе Вадима Филиппова:

Или жизнь – лишь игра,
а мы все – игроки...
И ставка в игре высока?
Или просто мы –
кольца, спирали, витки
реплицирующейся ДНК?

Если уж комик-группа из Великобритании задалась вопросом о ДНК, то и мы не можем остаться в стороне. Попытаемся разобраться.


С ума сошли генетики?
Писатель Оливер Холмс назвал наследственность омнибусом, в котором нас сопровождают, причем оттуда то и дело кто-нибудь высовывается, ошеломляя нас своим появлением. Ученые заинтересовались наследственностью еще в XIX веке. К концу того века биологи начали разбираться с хромосомами и генами, и вовсе не сошли от них с ума, как в песне Владимира Высоцкого, а начали выстраивать стройную теорию. Со временем выяснилось, что важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации выполняют высокомолекулярные органические соединения, называемые нуклеиновыми кислотами. Дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая кислоты присутствуют во всех клетках организма.

Увенчана Нобелевской премией
От открытия дезоксирибонуклеиновой кислоты до открытия ее структуры прошло без малого сто лет. Судьбоносное открытие случилось за пару дней до смерти Сталина, но с другой стороны железного занавеса: в нашей стране, если помните, генетику тогда считали продажной девкой. Ученые Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик трудились тогда в Кавендишской лаборатории Кембриджского Университета в Великобритании. Там в феврале 1953 года и случилось открытие. 28 февраля 1953 года пасмурным утром доктор Уотсон с Криком вошел в паб «Орел», что располагался по соседству с лабораторией. «Мы раскрыли секрет жизни!» – радовался Френсис Крик несмотря на смущение старшего товарища. Товарищ скромничал зря: предложенная соавторами структурная модель ДНК будет принята всем научным миром и увенчана Нобелевской премией. Молекулярные биологи очень любят спираль ДНК и даже дали личные имена двум цепям, из которых она состоит – одну назвали Уотсон, а другую – Крик.

Расшифровали!
Сегодня шутят, что ученые, наконец, нашли и выделили ген, ответственный за желание ученых находить гены. Ученые давно выяснили, что структурной и функциональной единицей наследственности, контролирующей развитие определенного признака или свойства, является ген. Молекулярная биология установила, что гены – это отрезки молекулы ДНК, несущие некую информацию. Под руководством того же Джеймса Уотсона, который перебрался к тому времени в США, в 1990 году начали реализовывать проект по расшифровке генома человека. И пятнадцати лет не прошло, как расшифровали. Выяснилось, что у человека не больше двадцати восьми тысяч генов, а вовсе не больше 100 тысяч, как предполагалось вначале. И числом генов человек не слишком отличается от кольчатого червя или мухи дрозофилы.

Распутывание пряжи, сплетенной Богом, как красиво назвал этот процесс писатель Януш Вишневский, продолжается, но дам можно утешить прямо сейчас: открыт так называемый «ген стройности», который отвечает за синтез белка, который гасит аппетит.

[Scyther]

Самозаряжающимся батареям быть? В мобильники тоже никто не верил
http://innovanews.ru/info/news/energy/16019/

Кто из вас не чувствовал тревогу, когда, выходя из дома, вспоминал, что не зарядил телефон?

Ученые из университетов Квебека и Макгилла разрабатывают технологию, которая раз и навсегда решит эту проблему забывчивых людей. А пока обратимся к недалекому прошлому. Было время, когда портативных устройств, таких как смартфоны и планшеты, попросту не существовало. Однако изобрели литий-ионные батареи, и все изменилось: мобильник быстро превратился из роскоши в средство связи, а затем и вовсе эволюционировал до смартфона. Несмотря на эволюцию, устройства требуют частой подзарядки из-за небольшой емкости аккумуляторов.

    — В смартфон можно загрузить управление бизнесом, накачать кучу приложений и работать, работать и еще раз работать. Для бесперебойной работы требуется много энергии, а доступ к электросети есть не всегда, пояснил профессор Джордж Демопулос.

Так появились гибридные солнечные зарядные устройства, но их габариты трудно назвать миниатюрными. Для кардинального решения проблемы исследователи работают над устройством, которое будет добывать и хранить энергию с помощью света. Это будет такой самозаряжающийся аккумулятор.

На первом этапе
Новая концепция представлена в издании Nature Communications. Изделие в статье называют светозарядными батареями. Работа показала, что обычный катод литий-ионных батарей может быть чувствительным к свету за счет внедрения молекул фотопоглощающего красителя.

    — Нам удалось имитировать процесс зарядки с помощью света в качестве источника энергии, заявила ведущий исследователь доктор Андреа Паолелла.

Теперь ученые намерены создать анод — компонент хранения, который замкнет цепь устройства и поможет передавать и хранить производимую катодом энергию. Если и это им удастся, то появится первый в мире на 100% самозаряжающийся литий-ионный аккумулятор.



Потенциал для мобильных устройств
— Пока мы сделали лишь половину работы, отметил профессор Демопулос.
— Я оптимистично настроена и уверена, что мы получим полноценное рабочее устройство, добавила доктор Паолелла. — Наша цель в том, чтобы создать гибридную солнечную систему, мощности которой после миниатюризации хватит для зарядки портативных устройств, таких как смартфоны.
Ученые не исключают, что на реализацию задуманного потребуются годы, однако результат достаточно важен, чтобы мотивировать их на работу.

[Scyther]

Вибрацию дорожного полотна превратят в электричество
http://greenevolution.ru/2017/04/24/vibraciyu-dorozhnogo-polotna-prevratyat-v-elektrichestvo/

На двух участках дороги в штате Калифорния проведут тестирование системы, которая преобразует вибрацию от проезжающих по трассе автомобилей в электроэнергию.

Стоимость проекта оценивается в $2,3 млн, информирует news.eizvestia.com.

Система основана на пьезоэлектрических кристаллах, которые генерируют небольшое количество электроэнергии при сжатии. Они часто используются в звуковом оборудовании для превращения звуков в электрические сигналы и наоборот, но если собрать большое количество таких кристаллов вместе, то они могли бы произвести достаточно энергии для питания уличных фонарей, датчиков и другого полезного оборудования.

В рамках эксперимента пьезоэлектрические генераторы сечением 2 см будут установлены на двух участках дороги. Первый проект будет реализован на 60-метровом отрезке рядом с кампусом Калифорнийского университета в Мерседе, а второй — в городе Сан-Хосе. Компания Pyro-E, ответственная за реализацию второго проекта, планирует использовать генерируемую энергию для того, чтобы обеспечить электричеством 5000 местных домохозяйств.

Если эксперимент пройдет успешно, власти штата внедрят аналогичные системы и на других дорогах. Такой метод производства электричества можно считать возобновляемым, что отлично вписывается в экологическую стратегию штата по полному переходу на возобновляемые источники энергии к 2045 году.

Другой способ производить электричество при помощи дорог общего пользования придумала компания Wattway — она предлагает полностью покрывать их солнечными панелями. Стартап уже построил первый участок такой дороги в штате Джорджия — предполагается, что он будет производить около 7000 кВт⋅ч электроэнергии в год.

[Scyther]

Новосибирские генетики получили новую аппаратуру для исследований
http://www.sbras.info/news/novosibirskie-genetiki-poluchili-novuyu-apparaturu-dlya-issledovanii

В центре коллективного пользования геномного анализа на базе ФИЦ Институт цитологии и генетики СО РАН был установлен новый, высокопроизводительный секвенатор. Новое оборудование позволит проводить весь цикл пробоподготовки и секвенирования геномов на базе самого ЦКП (ранее часть работ приходилось заказывать в московских или зарубежных научных центрах), что заметно снизит стоимость и продолжительность исследований.

 Приобретение комплекса стоимостью порядка миллиона долларов стало возможным благодаря целевому финансированию из федерального бюджета. Как отмечают сотрудники ЦКП, программа модернизации и увеличения приборной базы была утверждена несколько лет назад, но из-за кризиса и обвала курса рубля, стартовать смогла только сейчас.
 
Практически сразу после установки на новом секвенаторе началась обработка первых заявок.
 
 — В их числе работы для группы, которая работает в рамках ФЦП «Картофелеводство», — говорит заведующий сектором геномных исследований кандидат биологических наук Геннадий Васильев. — Перед ними стоит задача выделения генов устойчивости к заболеваниям для последующего их включения в геном новых сортов картофеля. Есть ряд исследований по медицинской генетике. Мы надеемся к следующему году полностью избавить новосибирских специалистов по биомедицине от необходимости заказывать подобную работу в Китае.
 
Также комплекс будет обеспечивать работу над поиском новых методов лечения рака, диабета, нейродегенеративных заболеваний — ведь в каждом из этих направлений только в научных организациях Академгородка работает не одна группа исследователей. И возможности, которые создает модернизация ЦКП геномного анализа, станут хорошим подспорьем в этой важной работе.
 
 — Конечно, приобретение высокопроизводительного секвенатора — это мощный шаг вперед, — отмечает Геннадий Васильев. — Но этим программа модернизации нашего центра не исчерпывается. В частности, нам необходима роботизированная система подготовки проб для генетического анализа. Она значительно ускорит проведение исследований и позволит Центру обеспечивать больше заявок от научных коллективов Сибири.

[Scyther]

Тепловой насос как источник комфорта и экономии энергии
http://gosvopros.ru/territory/khozyaystvo/heat-pump/

За изобретение теплового насоса Петер фон Риттинген был награжден орденом Железной Короны, возводящим в наследственное рыцарское сословие

Прошлый, индустриальный этап технологического развития характеризовался высокой стандартизацией принимаемых решений, в том числе и в сфере ЖКХ – типовые многоэтажки по всей стране, центральное отопление от котельных или ТЭЦ. Современный постиндустриальный мир требует для обеспечения конкурентоспособности разнообразия, в том числе в таком простом деле, как отопление дома. И одним из возможных решений является применение теплового насоса, обеспечивающего кроме комфорта и экономию энергии.

Отопление с использованием тепловых насосов – вещь современная, но род свой ведет из позапрошлого века. Изобрел тепловой насос человек, состоящий на государственной службе Австро-Венгерской империи. Звали его Петер фон Риттингер. Сын бедных родителей, учившийся на казенный кошт, получил два высших образования – юридическое и горное. Именно такая подготовка требовалась в Дунайской монархии для того, чтобы занять должность инспектора горных мельниц, обогатительных производств по современной номенклатуре.
И вот, дослужившись до должности главы горнотехнического надзора в Иоахимстале, Яхимове в современной Чехии, он в 1856 году применил созданную в 1852 году лордом Кельвином теорию теплового насоса для оптимизации энергозатрат при выпаривании соли. Введенная им технология использования скрытой теплоты водяных паров стала использоваться на всех солеварнях Австро-Венгрии. За изобретение теплового насоса Петер фон Риттинген был в 1863 награжден орденом Железной Короны, возводящим в наследственное рыцарское сословие – так высоко уже в те времена оценивались вопросы энергоэффективности. В честь изобретателя названа Риттингерштрассе, упирающаяся в венский Мархвельд-канал.

Следующий этап развития тепловых насосов связан американским изобретателем-самоучкой Робертом Уэббером, обнаружившим, что тепло от радиатора морозильной камеры вполне пригодно для того, чтобы обогревать бойлер, дающий горячую воду для ванной. Причем остающееся тепло вполне ощутимо греет дом! Уэббер догадался отвести часть горячей воды на циркуляцию в змеевик и, обдувая его потоком воздуха с помощью вентилятора, обеспечить калориферный обогрев дома дармовым теплом. Ну, условно дармовым, конечно – тот же вентилятор потребляет энергию.

После этого Уэббер сделал следующий шаг – он пришел к выводу, что тепло лучше «выкачивать» из земли, где даже зимой сохраняется относительно постоянная температура. Он проложил в окрестностях своего дома медные трубы, где циркулировал забирающий при испарении земное тепло фреон. Тепло это газ отдавал в доме, конденсируясь, и опять шел на циркуляцию в землю. Теперь тепла было достаточно для того, чтобы избавить Уэббера от его старого угольного отопления.

В сороковых-пятидесятых особого интереса к тепловым насосам не было. Электроэнергия в США была дешева, климат на значительной части страны мягок, и многим было по карману топить дома просто электроэнергией. А вот нефтяные кризисы начала семидесятых заставили Запад подойти к проблеме энергосбережения куда более внимательно. Тепловые насосы стали находить все более широкое применение для отопления жилых домов и коммунальных объектов. Ну а в постсоветское время тепловые насосы стали распространяться и по России.

Тепловой насос с весьма высокой вероятностью есть и в ваших домах и офисах, уважаемые читатели. Это – кондиционер, переключенный четырехходовым краном в режим обогрева. Чем он отличается от обычного электронагревателя? Простой масляный радиатор, сжигая киловатт электроэнергии, выдает киловатт тепла. Ну а кондиционер в режиме отопления при тех +3 градусах Цельсия, что сейчас за окном, выдает около трех киловатт тепла на киловатт электроэнергии. Как же так? Что это – вечный двигатель?




Вот так работает тепловой насос – компрессор 4 закачивает газообразный, набравший тепла синенький фреон в конденсатор, где он отдает тепло, перейдя в красную, жидкую фазу.

Да нет, конечно… Дело в том, что тепловой насос забирает скрытое, низкоэксергичное тепло из внешних источников, в случае кондиционера – из атмосферного воздуха. Забор этот идет за счет испарения фреона в наружном блоке кондиционера. Ну а потом, во внутреннем блоке кондиционера, фреон конденсируется, отдавая это тепло. И на все это идет высокоэксергичная энергия, электрическая. На работу компрессора, загоняющего газообразный фреон в испаритель. На работу вентилятора, разгоняющего тепло по комнате.

Так что если добавить взятое за окном низкоэксергичное тепло, мы увидим, что КПД теплового насоса ниже единицы, как и подобает любой тепловой машине. И работать в режиме теплового насоса кондиционер может только во вполне определенных условиях – где-то до минус пяти. Дальше идут проблемы с испарением фреона и эффективность работы системы резко падает. Так что отдельный тепловой насос обычно забирает энергию у грунта, имеющего постоянную температуру уже на глубине в несколько метров.

Выглядит в наших условиях это примерно так – на приусадебном участке на глубине в пару метров закапывается трубопровод с теплоносителем. Трубы идут где-то с шагом в полтора метра. Каждый метр трубопровода дает в характерных для Нечерноземья глинистых грунтах 50-60 Вт. Для отопления дома в 200 квадратных метров необходим участок в восемь соток – газону и цветам трубопроводы теплового насоса не мешают совсем.



Вот так выглядит тепловой насос домового отопления, работающий на солевом растворе.

Ну а в случае, если тепловым насосом надо обогреть многоквартирный дом, то, скорее всего, придется прибегнуть к бурению вертикальных скважин глубиной в 50-70 метров. Опущенная в них десятидюймовая труба даст 700 Вт с погонного метра. В обоих случаях на киловатт затраченной электроэнергии тепловые насосы будут выдавать от трех до пяти киловатт тепла. Именно этим обуславливается экономическая эффективность тепловых насосов.

Представим себе электростанцию, где топливо сжигается с КПД 50%. И тепловой насос, отапливающий жилой дом с эффективностью в 3 кВт тепла на 1 кВт электроэнергии. Так в этом случае мы получим в полтора раза больше тепла, чем если бы мы жгли топливо непосредственно в жилом доме! А централизованная доставка топлива на электростанцию куда удобней, чем доставка его к каждому дому. То есть, с точки зрения топливной эффективности мы имеем значительное повышение эффективности.

Но для работы тепловых насосов нужны значительные капиталовложения. Система теплового насоса дороже и печи, и АОГВ, и котла на пеллетах. Денег стоит и оборудование электростанции, линии электропередач, понижательные трансформаторы – все это загоняется в тариф на электроэнергию. Так что конкретное решение о применении тепловых насосов надо весьма обсчитывать.

Навскидку можно назвать несколько «экологических ниш» для тепловых насосов на территории нашей страны. Отдаленные местности, куда топливо идет «северным завозом». Удаленные местности вблизи ГЭС или АЭС, где возможно получение электроэнергии по льготным тарифам. Южные негазифицированные местности, где отопительный период не слишком велик, да еще есть возможность использования ветроэнергии («Деньги на ветер: как использовать ветропотенциал России»). Да и включить кондиционеры в черемуховые холода – это ведь тоже использование теплового насоса!

[Scyther]

На горячих скалах подводного вулкана обнаружены колонии экстремофильных микробов
https://naked-science.ru/article/sci/na-goryachih-skalah-podvodnogo-vulkana

Молодой вулкан в Тихом океане недавно превратил свои окрестности в мертвую пустыню. Но и ее уже начали осваивать уникальные микроорганизмы – «волосы Венеры»

Необычные экстремофилы были найдены экспедицией 2014 года, исследовавшей окрестности вулкана Тагоро в Канарском архипелаге. Это было два года спустя после завершения извержения, продолжавшегося несколько лет и поднявшего вершину на сотни метров над уровнем моря – тогда прежде безымянный подводный пик и получил свое название.

Мощные выбросы полностью изменили 9 кв. км морского дна, уничтожив местную жизнь. Исследуя эту пустынную поверхность с помощью подводных дронов, итальянские ученые во главе с Роберто Дановаро (Roberto Danovaro) заметили на ней нечто живое и неизвестное: пучки тонких и длинных белых филаментов, словно волосы, торчали из базальта. В статье, опубликованной журналом Nature Ecology & Evolution, исследователи описывают особенности «волос Венеры» – необычных бактерий, осваивающих вулканическую пустыню.

Анализ бактериальной ДНК показал ее огромные отличия от других известных микробов, прежде всего – обширный арсенал метаболических путей, которые, очевидно, помогают ей выжить в самых экстремальных условиях, но пока остаются неисследованными. Судя по всему, источником энергии для них выступает токсичный для большинства других организмов сероводород, что роднит их с другими экстремофилами, обитателями подводных геотермальных источников.

Точно неизвестно, когда именно они начали заселять эту «зачищенную» вулканом поверхность. Скорее всего, это произошло сразу, как только температура ее упала до приемлемых для термофильных бактерий значений – где-то ниже 100 °C. Подобных условий нет нигде в океане на большом расстоянии от вулкана Тагоро, поэтому вряд ли они переселились сюда из какого-то определенного места обитания. Возможно, такие бактерии в крайне малых количествах присутствуют повсюду, с трудом выживая или сохраняясь в «спящем» состоянии, пока какая-нибудь случайно не наткнется на подходящее место – район недавней геологической катастрофы.


Ссылка на новость в dailymail:
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4433280/New-bacteria-species-thrives-volcanic-eruption.html?ITO=1490&ns_mchannel=rss&ns_campaign=1490

[Scyther]

Графен оказался способен выдерживать высокое давление
https://naked-science.ru/article/sci/grafen-okazalsya-sposoben-vyderzhivat


Лист графена оказывается тем прочнее, чем меньше поры в его подложке. Это сложно назвать неожиданностью, но никто еще не измерял этот эффект в числах.

Лист графена, состоящий из кристаллической решетки толщиной в один атом, может показаться очень хрупким, однако инженерам Массачусетского технологического института удалось обнаружить условия, при выполнении которых ультратонкий материал исключительно прочен, оставаясь нетронутым при приложении давления, по меньшей мере, 100 атмосфер. Это примерно в 20 раз больше давления в водопроводном кране у вас на кухне.

Исследователи обнаружили, что ключевым для высокой прочности является место соединения графена с пористой подложкой. Точнее, графен держит нагрузку тем лучше, чем меньше поры, расположенные под ним. Эта закономерность имеет понятную аналогию в макромире — чем длиннее мост, тем, при прочих равных условиях, меньше его прочность. Но в случае предмета толщиной в один атом, эта закономерность требовала проверки или, как минимум, уточнения величин.

Исследователи выращивали листы графена, используя технологию, называемую химическим осаждением из паровой фазы, затем помещали отдельные слои графена на тонкие листы пористого поликарбоната. Каждый лист подложки был изготовлен с порами определенного размера в диапазоне от 30 нанометров до 3 микрон в диаметре.
Исследователи сосредоточили внимание на том, что они назвали «микромембранами» - на областях графена, которые находились непосредственно над порами. Команда поместила графено-поликарбонатные мембраны в камеру, в верхнюю половину которой под давлением закачивался аргон. Выяснилось, что графен, размещенный над порами, имеющими диаметр 200 нанометров, выдерживал давление 100 атмосфер. Иными словами, пленочка из одноатомного углерода держала 100 атмосфер над дыркой, диаметр которой примерно на три порядка превышал толщину самой пленки. Напомним, что диаметр атома углерода составляет примерно 0.154 нм.


Графеновая мембрана под электронным микроскопом, Слева показана мембрана после испытания на разрыв при 100 бар. Неудачные микромембраны (темные черные области) приурочены к морщинам в графене. Справа два увеличенных изображения графеновых мембран перед (сверху) и после испытания на разрыв при перепаде давления 30 бар. Изображения показывает, что разрушение мембраны связано с внутренними дефектами вдоль морщин.

Рохит Карник (Rohit Karnik), доцент факультета машиностроения Массачусетского технологического института, говорит, что результаты команды, представленные в журнале Nano Letters, могут послужить для создания жестких мембран на основе графена, особенно для таких целей, как опреснение, где для эффективного удаления соли из морской воды фильтрационные мембраны должны выдерживать высокое давление.

«Мы показываем здесь, что графен способен повысить пределы давления для мембран, - говорит Карник - Если графеновые мембраны могут использоваться для опреснения при высоком давлении, то это открывает много интересных возможностей для энергосберегающего опреснения при высокой солености».

Существующие в настоящее время мембраны опресняют воду с помощью обратного осмоса, процесса, при котором соленая вода под давлением нагнетается с одной стороны мембраны, не пропускающей соль и другие «лишние» молекулы. Предельное давление для многих коммерческих мембран колеблется от 50 до 80 атмосфер, при его превышении конструкция быстро деградирует. Повышение предельного давления до 100 атмосфер или выше означает общий рост производительности опреснения.

«Совершенно очевидно, что недостаток источников воды в обозримом будущем ликвидирован не будет, и опреснение станет основным источником пресной воды», - говорит Карник. Обратный осмос является одним из наиболее эффективных методов опреснения с точки зрения энергии. Если бы мембраны могли работать при более высоких давлениях, это обеспечило бы лучшие показатели при высокой энергетической эффективности».

«Мы показываем, что графен может выдерживать высокое давление, - говорит ведущий автор Люда Ванг . Другая часть эксперимента, которую еще предстоит провести, даст ответ на вопрос, сможем ли мы опреснить воду».

[Scyther]

Mercedes-Benz начал продажи домашних аккумуляторов
https://naked-science.ru/article/concept/mercedes-benz-nachal-prodazhi

https://naked-science.ru/sites/default/files/styles/full_size/public/field/image/1_506.jpg?itok=lFD2Z9JS

Сейчас некоторые производители автомобилей не только занимаются разработкой нового транспорта, но и создают инновационные решения для хранения электроэнергии в домах. Так, одной из разработок Tesla является домашний аккумулятор Powerwall, а немецкий автопроизводитель Mercedes-Benz предложил свою систему для хранения электроэнергии.

Несмотря на то, что новые аккумуляторы от Mercedes-Benz будут встраиваться в дома, начиналось все именно с автомобильного сегмента компании. Литий-ионные элементы для батареи разработаны ACCUmotive – дочерней компанией Daimler, ответственной за создание аккумуляторов для гибридных автомобилей Mercedes. Только теперь эти технологии будут использоваться для хранения энергии, вырабатываемой солнечными панелями или ветряными турбинами.

Новая система хранения энергии представляет собой компактные блоки, вмещающие до 2,5 кВтч электроэнергии. До восьми блоков можно объединить в общую систему, обеспечив дом запасом электричества в 20 кВтч. Компания Tesla, в свою очередь, предлагает домашние аккумуляторы емкостью 7,5 и 10 кВтч. При этом систему Tesla можно расширить до 58 кВтч, если использовать несколько устройств.

По словам представителей Mercedes-Benz, установка домашнего аккумулятора может увеличить потребление самостоятельно генерируемой энергии на 65 процентов, а возможность хранить эту энергию делает подобные системы еще более привлекательными.

Сейчас Mercedes-Benz уже начала поставки систем в дома Германии. В партнерстве с некоторыми немецкими энергетическими компаниями Mercedes-Benz обеспечивает полноценную установку системы. При этом учитывается, что компоненты энергетической сети в домах могут отличаться.

[Scyther]

Найдены гусеницы, способные переварить полиэтилен
http://www.mk.ru/science/2017/04/24/naydeny-gusenicy-sposobnye-perevarit-polietilen.html

Ученые сделали открытие, которое в перспективе должно помочь избавиться от большого количества мусора на свалках и в океане. Увлекающаяся пчеловодством биолог Федерика Берточчини случайно обнаружила, что гусеницы большой восковой моли способны переваривать полиэтилен. Он, как известно, очень медленно разлагается в естественных условиях, представляя проблему для окружающей среды.

Берточчини нашла в одном из ульев личинки большой восковой моли и собрала их в полиэтиленовый пакет. Уже через 40 минут в пакете появились первые дырки.

Позднее ученые провели полноценный эксперимент. Выяснилось, что полиэтилен могут разлагать даже раздавленные гусеницы этой бабочки-вредителя. Ученые рассчитывают со временем понять, какое именно вещество позволяет добиться разложения полиэтилена, чтобы впоследствии синтезировать его искусственным путем.

Ссылка на новость в dailymail:
http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-4433054/Plastic-eating-caterpillar-remove-world-s-waste.html?ITO=1490&ns_mchannel=rss&ns_campaign=1490

[Scyther]

Инженеры фирмы Форд изобрели велосипед с надувным каркасом, который можно сложить в багажник автомобиля
http://www.dailymail.co.uk/news/article-4436156/A-blow-bike-Yes-wheely.html?ITO=1490&ns_mchannel=rss&ns_campaign=1490



Байк имеет обычную рулевую вилку, но остальные части каркаса, включая раму и трубу седла сделаны из надувных сегментов.

Каждая секция каркаса надувная и соединяется друг с другом через клапан, который позволяет надуть сразу весь каркас. В сдутом состоянии велосипед можно сложить и положить в багажник. Седло, педали и колеса те же, что у обычного велосипеда - не надувные.

[Scyther]

Ученые МГУ занимаются разработкой эффективных способов очистки воды от токсичных микроорганизмов
https://scientificrussia.ru/articles/uchenye-mgu-zanimayutsya-razrabotkoj-effektivnyh-sposobov-ochistki-vody-ot-toksichnyh-mikroorganizmov

Биологи из МГУ имени M.В. Ломоносова работают над созданием сорбентов на основе полиаминов для удаления фототрофных микроорганизмов из воды. Такой метод позволит эффективно избавляться от токсичных микроорганизмов, а также собирать их биомассу для биотехнологических целей. Результаты работы были представлены на международной конференции Algal Technologies for Wastewater Treatment and Resource Recovery.

 «В настоящее время проблема «цветения» водоемов приобретает глобальный характер. Одно из самых неблагоприятных явлений в этом процессе – массовое развитие фототрофных микроорганизмов (к ним относятся некоторые виды цианобактерий и микроводорослей), создающее множество проблем при рекреационном, хозяйственном и питьевом использовании водоемов», – сказала руководитель гранта РНФ, доктор биологических наук Елена Лобакова.

Известно, что фототрофные (фотосинтезирующие) микроорганизмы, использующие энергию света для биосинтеза (для получения энергии), способны синтезировать токсические вещества: цианобактерии, например, вырабатывают цианотоксины. Ежегодно регистрируется около 150 тысяч случаев отравления людей рыбой или другими продуктами, содержащими токсины фототрофных микроорганизмов. Существующие на сегодняшний день способы устранения проблемы «цветения» водоемов дороги и малоэффективны.

Для эффективного и быстрого удаления фототрофных микроорганизмов из водной среды биологи в своем исследовании предложили использовать сорбенты из полимерных материалов на основе полиаминов, а именно полиэтиленимина и полилизина. Способ, предложенный учеными, также может найти широкое применение в биотехнологии. Известно, что спрос на биомассу микроводорослей и цианобактерий, а также на продукты на их основе растет, однако средняя стоимость биомассы высока, и 20-30% от ее себестоимости составляют расходы на сбор биомассы, так как методы, которые применяются сейчас, очень дорогие, энергозатратные и трудоемкие. Таким образом, разработка более экономичного и эффективного способа сбора биомассы как токсичных, так и биотехнологически значимых культур, микроводорослей и цианобактерий, тоже не менее важная задача.

Ученые МГУ разработали ряд сорбентов на основе полиэтиленимина и исследовали их физико-химические свойства, сорбционную способность и влияние процесса иммобилизации на жизнеспособность микроводорослей. Для оценки жизнеспособности клеток микроводорослей, биологи применили метод импульсно-моделированной флуориметрии, с помощью которого оценивался уровень фотосинтетической активности прикрепленных к сорбенту клеток. Получение сорбентов на основе сшитого полиэтиленимина ученые реализовали двумя способами.

«Одним из путей создания полимерных материалов на основе полиэтиленимина и полилизина, является прикрепление (иммобилизация) данных полимерных материалов на инертных пористых природных или синтетических носителях. Создавать сорбенты на основе этих полимеров можно также путем их сшивания различными соединениями, при этом можно получать частицы с высокой удельной площадью поверхности, различной формы, степени пористости и характером поверхности. Варьируя эффективную плотность заряда и химический состав сорбентов, можно создать полимеры, одновременно обладающие высоким сродством к поверхностным структурам микроорганизмов и в тоже время не влияющие на жизнеспособность и целостность клеток», – рассказал автор работы.

«Полученные сорбенты в лабораторных условиях доказали свою способность быстро и необратимо иммобилизовать клетки фототрофных микроорганизмов на своей поверхности. Эффективность иммобилизации зависела от химического состава сорбентов и количества используемого сшивающего агента», – заключила Елена Лобакова.

Замечание Scyther-a: Вместо метод импульсно-моделированной флуориметрии вероятно подразумевается
метод импульсно-модУлированной флуориметрии

[Scyther]

Штангенциркуль и линейка для нанотрубок
https://scientificrussia.ru/articles/shtangentsirkul-i-linejka-dlya-nanotrubok

Исследовательская группа из МФТИ разработала метод для определения диаметра и длины нанотрубок и нановолокон, взвешенных в воде. Учёные пропустили ультразвук через «раствор» с одинаково направленными нанотрубками и через такой же «раствор», но с хаотично ориентированными нанотрубками. По затуханию ультразвука в этих двух состояниях нанотрубок оказалось возможным определить их диаметр и длину с достаточной точностью, без разбавления или высушивания образца. В статье, опубликованной в Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, приводится подробное описание нового метода.

Наносмеси
«Созданный метод применим для определения диаметра и длины длинномерных нанообъектов любого состава. В данном исследовании в качестве объектов выбрали именно углеродные наноматериалы ввиду их высокой актуальности», — рассказывает Виктор Иванов, член-корреспондент РАН, д.ф.-м.н., директор Физтех-школы электроники, фотоники и молекулярной физики, руководитель исследования.

Углеродные нанотрубки и нановолокна являются очень прочным и гибким наноматериалом с высокой электро- и теплопроводностью, по своим свойствам не имеющим аналогов. Сегодня трудно назвать отрасль, в которой они не используются, потому что область их применения постоянно расширяется. Углеродные нанотрубки применяются для создания новых функциональных материалов именно в виде коллоидных растворов. Например, применение нанотрубок в литий-ионных аккумуляторах значительно повышает их энергоёмкость, введение небольшого количества нанотрубок в полимер делает его проводящим.

Коллоидные растворы, или коллоиды (от др.-греч. «клеевидные») — это смесь двух веществ, которая отличается от раствора тем, что одно вещество не растворяется в другом, а распределено там в виде мелких частиц.

При приготовлении и применении коллоидных растворов нанотрубок важно нанообъекты распределить однородно в объёме растворителя и предотвратить их слипание (агломерирование). От этого качества принципиально зависят свойства получаемых наноматериалов. Поэтому в промышленной технологии важно контролировать состав коллоидного раствора и уметь быстро измерять длину и диаметр цилиндрических нанообъектов и степень их агломерирования в жидкости.

Для решения проблемы метод ультразвуковой спектроскопии оказывается уникальным и незаменимым. Кстати, широко известные методы микроскопии, хотя и обладают высокой точностью, но неприменимы для экспрессных измерений в жидких средах. 

Тише, ультразвук
Метод ультразвуковой спектроскопии основан на затухании волн на взвешенных в жидкости частицах благодаря вязко-упругому взаимодействию с ними. Причём   коэффициент затухания волн зависит как от размера частиц, так и от частоты ультразвуковой волны. Изменяя частоту волны, получают спектр затухания, то есть зависимость коэффициента затухания от частоты. Ранее из таких измерений для коллоидов со сферическими частицами научились определять диаметр, причём довольно точно. Преимуществом этого метода является то, что коллоид не нужно разбавлять и измерения можно проводить быстро. Однако для частиц несферической формы, в частности, для длинных цилиндров простое приближение сферой не годится, и потребовалось искать другое решение. Проблема стала особенно актуальной с развитием промышленных применений коллоидных растворов с наноцилиндрами и нанопластинами.

Опираясь на теоретические предсказания, авторы исследования предложили измерять спектры затухания ультразвука для двух состояний коллоида с цилиндрическими наночастицами. Одно состояние — это когда наноцилиндры направлены хаотично. Второе состояние — когда наноцилиндры направлены в одну сторону и перпендикулярны направлению тестирующих ультразвуковых волн. В последнем случае затухание ультразвука зависит только от диаметра цилиндрических объектов, что позволяет его измерить независимо. Сравнивая два спектра, можно получить соотношение длины и диаметра, а зная диаметр, несложно вычислить длину.



Иллюстрация метода. Слева – два разных состояния коллоида, справа – спектры затухания ультразвука для двух состояний

Эксперимент

Состояние хаоса наноцилиндров достигается при простом условии, когда коллоид никуда не течёт. А чтобы наноцилиндры были ориентированы, нужно заставить поток жидкости двигаться ускоренно. Ускоренное движение потока было реализовано в сужающемся канале. Проверять ориентированность наноцилиндров можно с помощью измерения продольной вязкости коллоида, отражающей трение слоёв жидкости, расположенных вдоль направления потока. Чем более параллельно направлены трубки, тем меньше они мешают движению друг друга.

Метод применили для трёх водных коллоидов на базе трёх видов углеродных наноцилиндров. Чтобы проверить надёжность метода, размеры нанообъектов были измерены с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) и атомно-силового микроскопа.



Фотографии ПЭМ коллоидов с тремя типами углеродных нанообъектов: (a) одностенные нанотрубки 2200 нанометров длиной и 6 нм в диаметре; (b) нановолокна 860 нм длиной и 11 нм в диаметре; (c) нановолокна 430 нм длиной и 19 нм в диаметре

С целью добиться гарантированно максимальной ориентированности, исследователи использовали установку, которая позволяет регулировать скорость потока и размер суженной области. Коллоид циркулирует по круглой резиновой трубке (рисунок 4), его толкает помпа, с помощью которой можно регулировать скорость потока. Термостат поддерживает постоянную температуру 25 градусов. По пути жидкость проходит через акустический датчик: с одной стороны трубки расположен излучатель ультразвуковых волн, с другой — приёмник. Так как трубка резиновая, ширину зазора между излучателем и приёмником можно изменять в широком диапазоне. Так формируется канал в форме приплюснутого круга, в котором ускоряется течение коллоида.



Экспериментальная установка. Стрелками показано течение коллоида.

Учёные провели предварительные тесты, в которых изменяли сначала ширину зазора, а потом скорость потока. Получив зависимость продольной вязкости от этих двух параметров, они определили, при каких значениях продольная вязкость минимальна. Таким образом они подобрали условия, при которых достигается максимальная ориентированность нанообъектов. В данных условиях для каждого коллоида были сняты спектры затухания и по ним определены диаметр и длина нанообъектов.

Виктор Иванов: «Мы разработали метод для измерения размеров цилиндрических нанообъектов, у которых длина гораздо больше диаметра. Считаем, что похожий метод можно применить и для обратной ситуации: когда диаметр много больше длины, то есть для нанодисков, к которым, в частности, относится и графен».

[Scyther]

Российские учёные научили грибы светиться всеми цветами радуги
http://www.sbras.info/news/rossiiskie-uchenye-nauchili-griby-svetitsya-vsemi-tsvetami-radugi


Сотрудники Института биоорганической химии РАН (ИБХ РАН), Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН (ИБФ СО РАН) и Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н. И. Пирогова совместно с коллегами из Бразилии и Японии приблизились к разгадке механизма свечения грибов. Они установили структуру молекулы оксилюциферина — продукта реакции свечения — из грибов, а также синтезировали несколько искусственных аналогов люциферина, которые испускают свет разных цветов. Работа поддержана грантом РНФ, а её результаты опубликованы в журнале Science Advances.

 «Известно, что бактерии, черви, грибы и множество морских организмов могут излучать свет. Это явление вызывало интерес ещё у Аристотеля, — говорит Илья Ямпольский, доктор химических наук, руководитель Группы синтеза природных соединений ИБХ РАН. — Но только в XX веке учёные выяснили, что само выделение света происходит благодаря молекуле люциферина, латинское название которой означает «несущий свет». В биолюминесцентной реакции эта молекула окисляется кислородом воздуха, а ускоряет процесс окисления фермент люцифераза. Этот белок-катализатор помогает люциферину превратиться в оксилюциферин, который в итоге испускает свет».
 
История расшифровки структур природных люциферинов длится более 60 лет. К 1989 году были известны молекулы только семи светоизлучающих биологических пигментов. Прошло 25 лет, прежде чем учёные смогли расшифровать структуру нового люциферина. Сделала это группа учёных Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова (ИБХ) РАН и Института биофизики Сибирского отделения (ИБФ) РАН под руководством Ильи Ямпольского. Благодаря им в 2014 году «восьмой формулой света» стал биологический пигмент из сибирского почвенного червя Fridericia heliota, а в 2015 году список пополнился девятой формулой —  люциферином грибов.
 
В новом исследовании эта же команда расшифровала структуру оксилюциферина грибов и провела синтез аналогов люциферина. Для получения продукта реакции биолюминесценции полученный в лаборатории люциферин смешивали с природным экстрактом люциферазы из светящихся грибов Neonotopanus nambi, которые собрали в лесах Вьетнама, а затем полученную смесь продуктов разделяли.

 Механизм свечения считается расшифрованным, когда известны все участники этого сложного процесса: молекула-предшественник, ускоряющий биолюминесцентную реакцию фермент и молекула-продукт реакции. Для того чтобы определить структуру оксилюциферина, который образуется в ходе грибного свечения, учёным нужно было наработать большое количество этого продукта. Однако оксилюциферин оказался очень «капризным», нестабильным веществом, что осложняло его накопление.
 
«Перед нами, кроме всего прочего, стояла задача провести биолюминесцентную реакцию и найти условия, когда продукт будет сохраняться относительно долго. Такие условия мы подобрали, но даже законсервированный оксилюцефирин распадался – до Москвы доезжала лишь малая часть. Для определения общих характеристик молекулы его еще хватало, а вот для структурных исследований нет. Тогда московские коллеги, работающие на ЯМР-спектрометре, исследовали вещества, получающиеся при распаде молекулы, восстановили исходную структуру оксилюциферина и сравнили свойства полученной молекулы со свойствами оригинала. Совпадение доказало, что мы определили структуру последнего звена в реакции грибного свечения», — делится подробностями проведённой работы кандидат биологических наук, сотрудник ИБФ СО РАН Константин Пуртов.
 
Работа выполнялась при активном сотрудничестве с бразильскими коллегами. Благодаря уникальным экспериментам в атмосфере меченого кислорода (18О2) удалось не только подтвердить структуру продукта реакции, но и предложить механизм того, как именно люциферин грибов превращается в испускающую свет молекулу.
 
Промежуточным, но перспективным результатом исследования стали модифицированные молекулы люциферина, которые позволяют получить свечение разного цвета. «Теперь у нас есть «цветные грибы», — шутят участники исследования. Оказалось, что в грибной биолюминесценции спектр свечения зависит от структуры субстрата. Московские химики синтезировали различные структурные аналоги  люциферина, исследуя возможности реакции биолюминесценции грибов. В результате учёные получили целый ряд аналогов люциферина, обеспечивающих свечение почти всех цветов радуги.
 
«Люциферин грибов состоит из двух важных фрагментов (пираноновый и ароматический циклы). Мы решили посмотреть, будет ли молекула «светиться», если изменить один из фрагментов. Оказалось, что из шести синтезированных аналогов люциферина пять остались активными с экстрактом люциферазы, и светились разными цветами. Так мы, во-первых, подтвердили открытый нами механизм реакции, а во-вторых, продвинулись в понимании того, как можно этим процессом управлять», —  рассказывает Зинаида Осипова, кандидат химических наук, научный сотрудник Группы синтеза природных соединений ИБХ РАН.
 
Кроме того, в ходе исследования авторы статьи получили данные, подтверждающие гипотезу о едином механизме биолюминесценции грибов. Важно, что основа механизма свечения грибов — такая распространённая молекула, как кофейная кислота, участвующая в метаболизме не только грибов, но и растений. Возможно, что в недалёком будущем именно биолюминесцентную систему грибов будут использовать для создания светящихся деревьев. Кофейная кислота есть у всех растений. Осталось только добавить несколько генов для синтеза ферментов реакции биолюминесценции, и тогда они засветятся.
 
Изучение биолюминесцентных организмов имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение. Расшифровка системы свечения грибов, получение аналогов люциферина разной структуры, а значит, тест-систем разного цвета, может быть использовано в экологии для наблюдения за качеством окружающей среды или в медицине для проведения клинических анализов и поиска лекарств.