Ученые обнаружили у кишечной палочки микроскопические «шпильки», создали инновационное средство для лечения обширных ран с микрокамерами и выявили молекулы, позволяющие солнечным батареям самовосстанавливаться. Космическая обсерватория «Спектр-РГ» помогла разработать полную рентгеновскую карту Вселенной, а новая отечественная разработка атомщиков позволяет «просвечивать» горные породы и точно определять их химический состав. В День российской науки «Известия» собрали самые яркие открытия ученых в самых разных областях — от медицины и экологии до космических исследований и атомных технологий.
Рентген-карта Вселенной
Восемь обзоров неба и самая полная карта Вселенной в жестком рентген-диапазоне, а также уникальные в своем роде квазары, пульсары, остатки сверхновые и редчайшие астрофизические объекты — таковы главные итоги работы российской космической обсерватории «Спектр-РГ». Она проработала 6,5 года, завершив основную программу исследований.
На основе полученных станцией данных готовится каталог источников рентгеновского излучения. Он содержит более 2,2 тыс. объектов. Это и нейтронные звезды, и черные дыры, и белые карлики (остатки умерших светил), и другие экзотические явления, рассказали ученые. Ожидается, что сотни из них окажутся ранее неизвестными науке.
Фото: СРГ/еРОЗИТАОткрыто новое явление в нашей Галактике, получившее название «пузыри eROSITA»
— «Спектр-РГ» предоставил информацию, которая на долгие годы станет опорной для астрофизиков. Сейчас, выполнив обязательную программу, он переходит к произвольной, которая зачастую бывает и интереснее, и сложнее, — отметил заместитель директора Института космических исследований РАН Александр Лутовинов.
В настоящий момент на основе заявок ученых сформирована программа наблюдений на следующие полгода, добавил он. В будущем планируется придерживаться того же подхода.
«Пластырь супергероя» для лечения обширных ран
Ученые Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова создали уникальный материал для лечения ран, в основе которого лежит система из полимерных микрокамер. Такие структуры медленно высвобождают заключенные в них биологически активные вещества в поврежденную ткань, благодаря чему ускоряют ее заживление и снижают объем шрама.
Как рассказали «Известиям» разработчики, микрокамеры, встроенные в биоматериал, обеспечивают контролируемое высвобождение терапевтических веществ, что позволяет оптимизировать их концентрацию и продолжительность действия. Технология может применяться при лечении повреждений тканей, включая обширные раны и хронические язвы, в том числе при сахарном диабете, а также для ускорения послеоперационного заживления и восстановления нервной ткани. Использование технологии способно сократить сроки регенерации, снизить риск повторных хирургических вмешательств и улучшить функциональные результаты терапии. Кроме того, методика может применяться для профилактики патологического рубцевания, которое нередко приводит к нарушению функций органов и снижению качества жизни пациентов.— Контролируемая доставка антиметаболитов и других веществ, способствующих регенерации, позволяет минимизировать образование рубцовой ткани, что особенно важно при заживлении, например, спинного мозга и роговицы глаза, где сохранение функциональности критически важно, — рассказал «Известиям» заведующий лабораторией направленного транспорта лекарственных препаратов Сеченовского университета, грантополучатель РНФ Алексей Ермаков.
«Молекулы-санитары» для солнечных панелей
Ученые Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН предложили способ повысить эффективность и стабильность перовскитных солнечных элементов. В стандартный слой переноса положительных зарядов исследователи добавили так называемые молекулы-санитары, которые восстанавливают дефекты перовскитного слоя, предотвращают образование агрегаций и обеспечивают равномерное распределение материала по поверхности. В результате элементы работают быстрее и стабильнее, а эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую достигает 25%.
— Тонкопленочные и тандемные солнечные батареи нового поколения — основная область применения элементов с самоорганизующимися молекулярными слоями. Проведенное нами атомистическое моделирование показало, что ключевой фактор — подавление агрегации молекул на интерфейсе и формирование однородного, устойчивого контактного слоя. Именно контроль структуры и упаковки таких слоев определяет качество роста перовскита и долговечность устройства, — рассказал «Известиям» старший научный сотрудник лаборатории структурной химии исследовательского центра, грантополучатель РНФ Лаврентий Гуцев.
Технология борьбы с наледью
Молодые ученые Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема вывели разработку для борьбы с наледью и снежным накатом на стадию реального производства. Первая партия оборудования уже проходит испытания на улицах Биробиджана. Устройство устанавливается на колесный трактор в качестве навесного модуля. При относительно низком энергопотреблении оно позволяет эффективно разрушать ледяной накат толщиной до 14 см. В отличие от традиционных снегоочистителей, рабочие элементы не соприкасаются с асфальтовым покрытием, что снижает его износ и ускоряет процесс уборки. Габариты установки позволяют работать в тесных дворах и на парковках.
Ключевое преимущество технологии — применение сдвиговых деформаций, при которых параллельные слои смещаются друг относительно друга, но при этом расстояние между ними остается неизменным. Она уже привлекла внимание индустриальных партнеров, а в ближайшее время запланированы полевые испытания на дорогах северных районов Сибири.
— Мы ставили задачу создать не просто эффективное, но и максимально надежное и простое в эксплуатации устройство, — отметил руководитель проекта, заведующий молодежной научной лабораторией ледотехники ПГУ Виталий Земляк.
Проект реализуется в рамках программы «Приоритет-2030» и инициатив Десятилетия науки и технологий.
Лабораторных животных излечили от рака
Научные сотрудники Института химии растворов им. Г.А. Крестова РАН разработали способ получения нового водорастворимого монокатионного хлоринового фотосенсибилизатора для фотодинамической терапии онкологических заболеваний и изучили его свойства. Об этом «Известиям» сообщили в Минобрнауки. Это инновационный метод лечения рака, который позволяет разрушить злокачественные клетки и прекратить кровоснабжение тканей опухоли без операции. Фотосенсибилизатор — это препарат, который вводят в организм пациента. Он накапливается в патологически измененных тканях, и после активации светом определенной длины волны происходит генерация активных форм кислорода, которые повреждают раковые клетки, содержащие вещество.
Доклинические исследования нового препарата, способного эффективно генерировать высокоэнергетический кислород, проводились как in vitro — на культурах опухолевых клеток, так и in vivo — с использованием лабораторных животных. Здоровым крысам трансплантировали фрагмент модельной опухоли (саркомы), и через неделю, когда новообразование достигало около 1 см в диаметре, выполняли один сеанс фотодинамической терапии с применением нового фотосенсибилизатора. Через 21 день после процедуры у 75% животных была зафиксирована полная регрессия опухолей. В течение последующего периода наблюдения продолжительностью 90 дней (что эквивалентно примерно пяти годам у человека) этот показатель оставался стабильным, что указывает на высокий терапевтический потенциал разработанного фотосенсибилизатора.
В будущем авторы планируют исследовать эффективность комбинированной терапии в отношении других типов опухолей.
«Шпильки» кишечной палочки помогут бороться с супербактериями
При исследовании пространственной организации генома кишечной палочки (E.coli) ученые Института биологии гена РАН выявили особые структуры-«шпильки», влияющие на активность определенных генов у этой бактерии, часть штаммов которой относится к антибиотикоустойчивым. Свойство резистентности бактерии без этой «способности» могут приобрести в результате так называемого горизонтального переноса генов устойчивости от присутствующих в срезе супербактерий.
Фото: Институт биологии гена РАН
— Механизм, который мы раскрыли, указывает на возможные пути переноса генов устойчивости к антибиотикам от одних бактерий к другим, в том числе от непатогенных бактерий к патогенным, — рассказал «Известиям» доктор биологических наук, руководитель Отдела клеточной геномики и заведующий лабораторией структурно-функциональной организации хромосом института, грантополучатель РНФ Сергей Разин.
Понимание этого механизма будет способствовать разработке новых стратегий предотвращения такого переноса, пояснил ученый.
Новый прибор найдет невиданные запасы ископаемых
Ученые «Росатома» разработали и внедрили приборный комплекс для импульсного нейтронного каротажа нефтяных скважин. Технология позволяет, подобно рентгену, «просвечивать» горные породы и точно определять их химический состав. Оборудование оснащено генераторами, которые «обстреливают» породу импульсами быстрых нейтронов. В ответ атомы элементов испускают гамма-излучение, которое улавливают сверхчувствительные детекторы.
Как отметили представители госкорпорации, мощность разработанных генераторов достигает 300 млн нейтронов в секунду — это мировой рекорд для устройств данного класса. Комплекс предназначен для разведки трудноизвлекаемых запасов полезных ископаемых, а также для проведения исследований на шельфе.
Применение оборудования способно увеличить ежегодную добычу нефти и газа за счет расширения ресурсной базы. Потребность в нашей стране только по направлению трудноизвлекаемых запасов оценивается примерно в 10 тыс. таких исследований в год, добавили ученые.