Российские специалисты нашли способы ускорить тестирование лекарств, избежать пожаров из-за электроаккумуляторов и ослабить симптомы болезни Паркинсона. Исследователи из Канады научились допечатывать новые детали на уже готовых устройствах, а в Нидерландах представили первую машину скорой помощи на солнечных батареях. Подробнее о самых интересных новостях науки недели читайте в подборке «Известий».
«Умные» сенсоры предупредят о возгорании самокатов и телефонов
Ученые из Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» разработали приборы, способные заранее предупреждать о возгорании литийионных аккумуляторов, которые широко используются в смартфонах, электросамокатах, робототехнике и другой технике. Система представляет собой модули с газоаналитическими датчиками, выявляющими опасные процессы в батареях по изменению состава воздуха. По словам руководителя проекта Юлии Шалтаевой, газоаналитические методы позволяют на начальной стадии нагрева обнаружить изменения в составе воздуха и вовремя принять меры.
— Разработка представляет собой линейку компактных устройств, внутри которых размещены полупроводниковые и электрохимические датчики. Комбинация датчиков зависит от типа аккумулятора, который нужно защищать, — отметила эксперт.
В настоящее время приборы протестировали в лаборатории и полевых условиях, сказала она. В ходе испытаний сенсоры на расстоянии 5 м зафиксировали опасный нагрев батарей беспроводных наушников.
Как пояснила Юлия Шалтаева, опасность представляют случаи, когда пользователи на длительное время оставляют телефоны, наушники или самокаты включенными на зарядку, а сами уходят или ложатся спать. В такой ситуации тепловой разгон может начаться незаметно, а к моменту обнаружения, когда появляется дым или открытый огонь, горение уже трудно остановить. Заливать водой или накрывать одеялом его неэффективно.
— Сегодня для мониторинга этой угрозы используют системы управления аккумуляторами, температурные датчики, тепловизионный контроль, газоанализаторы и так далее, но универсального и недорогого средства для массового применения пока нет. Если разработка будет надежно фиксировать характерные газы, она существенно повысит безопасность устройств с литийионными батареями, — добавил эксперт Национальной технологической инициативы по новым материалам и технологиям Евгений Вишневский.
По его словам, разработка будет востребована в местах хранения и эксплуатации большого количества техники: в парках электробусов, на стоянках самокатов, складах, но вряд ли станет продуктом массового использования из-за высокой стоимости.
Скорую помощь на солнечных батареях разработали в Нидерландах
Студенческая команда из Технического университета Эйндховена (Нидерланды) разработала и представила новый автомобиль скорой помощи, который сможет работать в районах, где нет топлива, электроэнергии и пригодных для проезда дорог. На крыше машины размещены солнечные панели, которые позволяют преодолевать до 715 км без подзарядки и качественно работают в экстремально жарком климате. Они же обеспечивают электроэнергией оборудование на борту.
Автомобиль заменит больницу в тех местах, откуда добираться до нее долго или очень сложно. Приехавшие врачи смогут провести анализы крови, ультразвуковую диагностику беременности и вакцинацию, определить туберкулез и малярию.
Если испытания в реальных условиях пройдут успешно, новый Stella Juva позволит вывести оказание медицинской помощи в удаленных населенных пунктах на новый уровень. Пациенты смогут получать своевременное лечение, что улучшит продолжительность и качество жизни жителей труднодоступных районов африканских стран, где планируется использовать автомобиль.
Имитирующая кишечник мембрана ускорит тестирование лекарств
В Институте биомедицинской инженерии НИТУ МИСИС создали мембрану, которая воспроизводит проницаемость тонкой кишки человека примерно в 100 раз точнее, чем стандартные лабораторные модели. В перспективе это позволит повысить точность доклинических испытаний лекарств.
Ежегодно до 90% препаратов, показавших высокие результаты in vitro (в лаборатории) и в опытах на животных, в дальнейших исследованиях оказываются неэффективными для человека, рассказали ученые, поэтому до 75% стоимости разработки нового препарата расходуется зря. В НИТУ МИСИС разработали мембрану, которая позволит минимизировать эти потери.
— Нам удалось сформировать мембрану с устойчивым микрорельефом, который не разглаживается. Именно благодаря сочетанию формы и правильно подобранной пористости мы можем выращивать на поверхности клетки кишечного эпителия. Они формируют живой барьер, способный имитировать как здоровую слизистую, так и ее патологии. Чтобы создать условия для равномерного распределения клеток по сложной поверхности, мы дополнительно обрабатывали ее хитозаном и полиглутаминовой кислотой, — рассказала соавтор исследования, выпускница университетской программы «Биоматериаловедение iPhD» Валентина Костенко.
На новый способ получения биомиметической мембраны уже подана заявка на патент.
— Разработка может послужить основой для более совершенной модели, которая в перспективе позволит ускорить и удешевить тестирование препаратов на стадии выбора оптимальной лекарственной формы, заменив некоторые этапы фармакокинетических тестов на животных, — сообщил «Известиям» руководитель отдела аналитических исследований медицинской дирекции «Р-Фарм» Аркадий Зинченко.
При этом разработка — лишь первый этап создания универсальной платформы. Чтобы превратить модель в полноценную систему для тестирования лекарств, предстоит решить еще несколько сложных задач. В частности, необходимо смоделировать механическую деформацию мембраны под действием перистальтики кишечника как в норме, так и при патологиях, например при диарее или запоре. Тем не менее уже сейчас эта работа задает высокий стандарт в области биомедицинской инженерии и закладывает основу для создания платформ тестирования препаратов нового поколения.
В Швейцарии научились допечатывать новые детали на уже готовых устройствах
Ученые представили новый метод 3D-печати, позволяющий за несколько секунд добавлять элементы к уже изготовленным ранее объектам. По их прогнозам, разработка найдет применение в биомедицине, промышленности и многих других областях.
В отличие от 3D-принтеров, новое устройство создает трехмерную конструкцию не слоями, а одномоментно. Установка проецирует множество световых изображений во вращающуюся емкость с фоточувствительной смолой, и, когда смола получает достаточное количество света, нужная конструкция затвердевает. Занимает этот процесс всего несколько секунд.
Разработчики создали вычислительную платформу, которая моделирует распространение света с учетом свойств всех материалов, участвующих в процессе создания трехмерной конструкции, что позволяет печатать новые элементы даже вокруг и внутри объектов. Эту возможность исследователи продемонстрировали, напечатав сеть микрофлюидных каналов внутри уже собранных герметичных камер. Такие устройства используются в биомедицине и собираются вручную, а теперь процесс их создания можно сделать более быстрым и безопасным.
Менее чем за три минуты устройство обнаружило сферы внутри камеры и создало вокруг них защитные полости, такие возможности позволят новым принтерам адаптироваться к расположению живых тканей и избавят человека от необходимости идеально позиционировать их заранее.
Разработчиками был проведен еще ряд экспериментов, показавших, что новый метод печати можно применять также в промышленности — при создании оптических приборов.
Электроды к мозгу для лечения болезни Паркинсона смогут подключать без проводов
Российские ученые нашли нетоксичную беспроводную замену электродам, которые раньше имплантировали в мозг носителям болезни Паркинсона. Опасные для здоровья человека никель и кобальт заменили частицами магнетита, окружив их оболочкой из биоразлагаемого полимера. Как говорят специалисты, микрочастицы способны моделировать непроизвольные процессы и активировать их дистанционно.
Эксперименты на мышах показали, что под воздействием магнитного поля наночастицы из магнитных материалов, упакованные в полимеры, могут формировать импульсы электричества, влияющие на работу нейронов. В лаборатории они успешно меняли частоту вдохов и пульса мышей. Сейчас новая конструкция совершенствуется и дорабатывается. Ученые надеются, что в ближайшем будущем она поможет сотням пациентов, страдающих болезнью Паркинсона.