Connect with us

Наука

Из графена создали программируемые двумерные мембраны

Published

on

Материал для таких мембран состоит из чередующихся слоев окиси графена и органического полимера

Из графена создали программируемые двумерные мембраны

© REUTERS/Phil Noble/File Photo

ТАСС, 10 ноября. Нобелевский лауреат Константин Новоселов с коллегами превратил графен в материал, который может избирательно пропускать молекулы воды и ионы определенных веществ. Фильтрующими свойствами подобного материала можно легко управлять. Статью с результатами опытов опубликовал научный журнал Nature Nanotechnology.

"Мембраны, которые могут избирательно пропускать различные молекулы и гибко менять свои функции, играют важнейшую роль в жизни всех клеток на Земле. Мы впервые реализовали подобный функционал в рукотворной структуре, используя двумерный материал, который состоит из графена и молекул полиаминов", – пишут исследователи.

Графен представляет собой одиночный слой атомов углерода, которые соединены между собой структурой химических связей, напоминающих структуру пчелиных сот. За получение и изучение первых образцов графена присудили Нобелевскую премию по физике 2010 года – награду получили выходцы из России Константин Новоселов и Андрей Гейм.

Благодаря уникальным физическим свойствам графен можно использовать как основУ для светодиодов, сенсорных дисплеев, микрочипов и других высокотехнологичных устройств. Также его можно применять в качестве сырья для высокопрочных материалов, смазок и других промышленных продуктов.

Графеновая имитация жизни

Экспериментируя с различными многослойными структурами из оксида графена и различных органических компонентов, Новоселов и его коллеги нашли графену новое применение. Их опыты показали, что существует необычный материал, который избирательно пропускает молекулы воды и других веществ.

Он представляет собой многослойную структуру, которая состоит из чередующихся слоев окиси графена и полиэтиленимина – органического полимера из числа полиаминов. Необычность этих мембран заключается в том, что их фильтрующие свойства не зависят от давления жидкости в окружающей их среде и других внешних факторов, а только от количества протонов, которые находятся между слоями графена и полимера.

Это позволяет гибко управлять свойствами подобных мембран, меняя количество протонов внутри них или добавляя другие ионы внутрь них. Для их производства, как отмечают Новоселов и его коллеги, достаточно просто погрузить большое количество частиц графена в жидкий полиэтиленимин и перемешать их. В результате по мере испарения растворителя многослойные структуры из графена и полимера сформируются естественным образом.

Используя подобную методику, российские и зарубежные ученые создали несколько вариантов мембран, избирательно пропускающих воду в присутствии кислот, но не щелочей, а также ионы калия, цезия, лития и ряд других веществ и молекул. В этом отношении эти графеновые конструкции полностью повторяли то, как работают клеточные мембраны, прокачивающие через себя одни типы ионов и изолирующие клетки от других.

Ученые предполагают, что если при изготовлении подобных мембран использовать разные типы полиаминов, то их можно сделать еще более гибкими и управляемыми. В перспективе это позволит применять их для создания сверхмощных наноконденсаторов, ионных транзисторов и аналогов нейронов, которые найдут широкое применение в быту и промышленности, подытожили Новоселов и его коллеги.

Наука

Искусственный интеллект научили распознавать болезнь Паркинсона по снимкам глазного дна

Published

on

Благодаря этому заболевание можно диагностировать задолго до того, как появятся его первые видимые симптомы

Искусственный интеллект научили распознавать болезнь Паркинсона по снимкам глазного дна

© EPA-EFE/BILAWAL ARBAB

ТАСС, 23 ноября. Ученые создали систему искусственного интеллекта, которая может диагностировать болезнь Паркинсона задолго до появления первых видимых симптомов. Входными данными для анализа системы служат фотографии глазного дна пациента. О своей разработке ученые рассказали на ежегодной конференции Радиологического общества Северной Америки (RSNA).

"Современные методы диагностики могут обнаружить болезнь Паркинсона только по ее видимым симптомам. Они возникают уже после того, как многие нейроны мозга больного, которые производят гормон дофамин, погибли, а другие – повреждены. Мы показали, что это заболевание можно очень быстро диагностировать по простому снимку глаза", – прокомментировал один из авторов исследования, биомедик из Университета Флориды (США) Максимиллиан Диас.

Болезнь Паркинсона развивается из-за того, что в мозге разрушается так называемая черная субстанция (или черное вещество) – составная часть головная мозга, которая синтезирует гормон удовольствия дофамин и направляет его в двигательные центры. Если черное вещество разрушается, у человека нарушается координация движений, он чаще теряет равновесие, а иногда может испытывать боль при движении.

Ученые пока не до конца понимают природу болезни Паркинсона и не знают, как ее можно вылечить или хотя бы остановить. Существующие препараты, такие как леводопа или стимуляторы активности дофаминовых рецепторов, могут лишь подавлять некоторые симптомы болезни на первых этапах ее развития. При этом у них есть серьезные побочные эффекты.

Помощь искусственного разума

Диас и его коллеги создали очень простую и при этом эффективную систему ранней диагностики болезни Паркинсона. С ее помощью можно массово проверять самые широкие слои населения. Ученые создали ее, обратив внимание, что при болезни Паркинсона нарушаются работа и структура мелких капилляров сетчатки.

Руководствуясь этой идеей, ученые проверили, можно ли уловить подобные изменения с помощью систем машинного обучения. Для этого они обучили искусственный интеллект на массиве данных из нескольких сотен фотографий глазного дна здоровых пациентов и носителей болезни Паркинсона.

Работа показала, что по подобным изменениям носителей болезни Паркинсона действительно можно отличить от здоровых людей. Причем это можно сделать еще до того, как у последних появятся первые видимые симптомы, по которым это заболевание диагностируют обычно.

"Чтобы получить подобные снимки, врачам не нужно дорогостоящих диагностических приборов, таких как магнитно-резонансный или компьютерный томограф, которые обычно применяются при диагностике болезней мозга. В нашем случае диагноз можно получить за минуту. Если наша методика будет применяться для ежегодной проверки широких слоев населения, это позволит диагностировать болезнь раньше и найти способ замедлить ее развитие", – подытожил Диас.

Continue Reading

Наука

В эпигенетических метках иммунных клеток нашли биомаркеры старения

Published

on

Благодаря им можно достаточно точно вычислять биологический возраст человека

В эпигенетических метках иммунных клеток нашли биомаркеры старения

© Timof/Shutterstock/FOTODOM, архив

ТАСС, 24 ноября. Молекулярные биологи обнаружили ранее неизвестный набор возрастных изменений в структуре "обертки" ДНК некоторых иммунных клеток. С их помощью можно точно вычислить биологический возраст их обладателей. Результаты наблюдений ученых опубликовал научный журнал Nature Aging.

"Мы почти ничего не знаем о том, как естественный процесс старения влияет на молекулярную программу работы иммунных клеток. Мы проследили за тем, как с возрастом меняется жизнедеятельность моноцитов (один из типов иммунных клеток, – прим. ТАСС) здоровых людей. Благодаря этому мы выделили несколько участков в их геноме, эпигенетические метки в которых сильно изменились в ту или другую сторону", – пишут исследователи.

По мере старения активность многих генов, а также концентрация важнейших биологических молекул, в том числе различных ферментов, сигнальных веществ и антител, значительно меняется. Отслеживая подобные изменения, медики могут определять биологический возраст человека и оценивать темпы дряхления его тела.

К примеру, пять лет назад биологи обнаружили, что концентрация одного из важнейших "помощников" ферментов, вещества НАД, очень сильно снижается по мере старения организма. Это соединение само по себе не ускоряет реакции, но участвует в переносе электронов от одной молекулы к другой, помогая клеткам извлекать энергию из питательных веществ и производить новые белки и важнейшие "кирпичики жизни".

Российские и зарубежные ученые под руководством доцента Вашингтонского университета в Сент-Луисе (США) Максима Артемова открыли еще один маркер старения. Они изучали, как меняется поведение и работа моноцитов – одного из самых распространенных типов иммунных клеток, по мере старения тела их обладателей.

Для этих экспериментов ученые собрали группу из двух десятков молодых и пожилых мужчин, средний возраст которых составлял примерно 27 лет и 64 года. Исследователи получили от них образцы крови, извлекли из них моноциты и всесторонне изучили эти клетки. Анализируя различия между ними, биологи отслеживали не только изменения в концентрации ферментов и других важных биомолекул, но и то, как менялось количество и расположение так называемых эпигенетических меток.

Эпигенетика старения

Ученые называют так химические модификации либо самой ДНК, либо белков, с которыми она связана. Благодаря эпигенетическим меткам организмы быстро адаптируются к новым условиям среды или гибко меняют программу поведения в ответ на определенные факторы. К примеру, некоторые растения используют эпигенетические метки для того, чтобы "запоминать" засухи, приспосабливаться к ним и передавать эту информацию "потомкам".

В прошлом ученые считали, что с возрастом общее количество подобных меток на поверхности ДНК постепенно снижается. Артемов и его коллеги выяснили, что в некоторых областях генома иммунных клеток могут происходить и обратные процессы. На такую мысль ученых навело то, что они обнаружили в ДНК добровольцев более тысячи обособленных регионов, где количество таких меток по мере старения необычно быстро растет или снижается.

Эти эпигенетические изменения заметно меняли работу генов. Они стимулировали работу тех участков ДНК, где количество меток с возрастом сильно уменьшалось, и подавляли те регионы генома, где их количество быстро росло. Совокупность этих меток, как показало сравнение их числа в клетках здоровых добровольцев, астматиков и носителей ВИЧ​, очень точно отражает биологический возраст человека и то, с какой скоростью он стареет.

Дальнейшие наблюдения показали, что все изменения в эпигенетической структуре этих областей ДНК были связаны с двумя ферментами, MBD2 и MBD3. Раньше ученые не связывали их с процессом старения. Изучение этих ферментов, как надеются ученые, поможет понять, почему они вносят изменения в структуру меток только в некоторых регионах ДНК и как эти сдвиги влияют на работу иммунитета и всего организма в целом.

Continue Reading

Наука

Риск переломов связали с особенностями питания. Среди вегетарианцев и веганов он выше

Published

on

Согласно исследованию британских медиков, у вегетарианцев, веганов и рыбоедов такие травмы случаются на 43% чаще

Риск переломов связали с особенностями питания. Среди вегетарианцев и веганов он выше

© PRESSLAB/Shutterstock/FOTODOM

ТАСС, 23 ноября. Британские медики проследили, как часто у людей с разным режимом питания случаются переломы. Оказалось, что среди сторонников рыбоедения, веганства и вегетарианства это происходит примерно на 43% чаще, чем среди остальных людей. Результаты исследования опубликовал научный журнал BMC Medicine.

"Мы впервые всестороннее изучили то, насколько сильно люди из разных диетических групп подвержены переломам костей. Оказалось, что веганы были значительно сильнее подвержены травмам костей, чем мясоеды, что в особенности касалось переломов шейки бедра, которые у них происходят в 2,3 раза чаще", – рассказала Тэмми Тонг, эпидемиолог из Оксфордского университета (Великобритания) и один из авторов исследования.

На сегодняшний день на Земле проживает большое число людей, отказывающихся от приема мясной или любой животной пищи, а также питающихся исключительно растительностью и морепродуктами. У подобной диеты есть как свои плюсы, так и минусы, которые в последние десятилетия активно изучают ученые.

Их положительные качества связаны с тем, что отказ от мяса, как правило, способствует снижению лишнего веса, снижает вероятность развития некоторых форм рака и улучшает состояние сосудов. С другой стороны, растительные продукты не содержат в себе некоторых важнейших аминокислот и витаминов, а также других важных биомолекул, что может негативно влиять на другие аспекты работы тела.

Тонг и ее коллеги открыли один из подобных негативных побочных эффектов от перехода на растительную диету, наблюдая на протяжении двух десятков лет за изменениями в состоянии здоровья примерно 55 тыс. добровольцев, участвовавших в проекте EPIC, нацеленном на изучение того, как диета влияет на вероятность развития различных форм рака.

Плюсы и минусы разных диет

Британские ученые воспользовались собранными данными для изучения того, как различия в рационе могут влиять на частоту появления переломов конечностей, суставов и других костей у участников EPIC. В этом им помогло то, что половина добровольцев питалась мясом, тогда как примерно 8 тыс. употребляли рыбу, 15,5 тыс. были вегетарианцами, а еще 2 тыс. британцев были полными веганами.

За все время работы проекта его участники пережили почти 4 тыс. переломов, что позволило эпидемиологам детально изучить то, как диета влияла на вероятность заполучить подобные травмы в конкретных конечностях и частях тела, а также на их общую частоту развития.

Эти замеры показали, что веганы, вегетарианцы и рыбоеды в среднем на 43% чаще страдали от переломов, чем мясоеды, причем различия в частоте их появления были сильно разными для разных частей тела. Помимо шейки бедра, сторонники растительных диет в 1,5-2 раза чаще ломали ноги и руки, тогда как частота переломов запястья была примерно одинаковой у всех добровольцев.

У некоторых альтернативных диет были и положительные стороны в этом отношении. К примеру, рыбоеды на 20-30% реже ломали щиколотки и руки, чем мясоеды, вегетарианцы и веганы. Последующий анализ показал, что это было связано с тем, что рыбоеды реже страдали от ожирения, что снижало вероятность развития переломов рук и щиколоток.

С другой стороны, подобные побочные факторы не объясняли высокую уязвимость веганов и вегетарианцев к переломам, что говорит о том, что повышение риска было непосредственно связано с самой диетой. Как надеются ученые, последующие наблюдения и опыты помогут им понять, какие особенности растительной диеты снижают прочность костей или вызывают другие нарушения в их жизнедеятельности.

Continue Reading
Advertisement

Последние новости

В мире1 час ago

Трамп рекомендовал главе Управления общих служб сделать «все необходимое» для передачи власти Байдену

Москва. 24 ноября. INTERFAX.RU — Президент США Дональд Трамп заявил, что рекомендовал главе Управления общих служб (GSA) сделать «все необходимое»...

В мире2 часа ago

Штаб Трампа продолжит бороться за «законные голоса» на выборах

Есть обновление от 02:42 →Трамп рекомендовал главе Управления общих служб сделать «все необходимое» для передачи власти Байдену Москва. 24 ноября....

В России активизировались "черные" кредиторы и коллекторы В России активизировались "черные" кредиторы и коллекторы
Экономика3 часа ago

В России активизировались «черные» кредиторы и коллекторы

Коллекторы © fotolia.com/ Dmytro Konstantynov Читать 1prime.ru в МОСКВА, 24 ноя — ПРАЙМ. В III квартале выявлено на 56,8% больше нелегальных кредиторов по сравнению...

В мире3 часа ago

Китайский зонд привезет образцы лунного грунта впервые за 44 года

Москва. 24 ноября. INTERFAX.RU — Китайская автоматическая лунная станция «Чанъэ-5» в понедельник по московскому времени после отделения от ракеты-носителя «Чанчжэн-5»...

Байден собирается назначить экс-главу ФРС Йеллен министром финансов Байден собирается назначить экс-главу ФРС Йеллен министром финансов
Экономика4 часа ago

Байден собирается назначить экс-главу ФРС Йеллен министром финансов

Выборы президента США © РИА Новости. Юки Ивамура Читать 1prime.ru в МОСКВА, 23 ноя — ПРАЙМ. Кандидат в президенты США Джо Байден...

Fitch отозвало рейтинги Еревана Fitch отозвало рейтинги Еревана
Экономика5 часов ago

Fitch отозвало рейтинги Еревана

Акция в поддержку армян Кесаба состоялась в Москве © РИА Новости. Владимир Песня Читать 1prime.ru в ЕРЕВАН, 23 ноя — ПРАЙМ....

Король Испании уйдет на карантин из-за контакта с зараженным COVID-19 Король Испании уйдет на карантин из-за контакта с зараженным COVID-19
В мире5 часов ago

Король Испании уйдет на карантин из-за контакта с зараженным COVID-19

Король Испании Филипп VI Фото: EPA/Vostock-photo Москва. 23 ноября. INTERFAX.RU — Короля Испании Филиппа VI поместили в карантин после контакта...

В мире5 часов ago

Белоруссия купит у России четыре вертолета Ми-35

Москва. 23 ноября. INTERFAX.RU — Белоруссия планирует приобрести в России в следующем году 4 вертолета Ми-35, сообщил министр обороны республики...

Киев планирует попросить у МБРР $300 миллионов займа Киев планирует попросить у МБРР $300 миллионов займа
Экономика5 часов ago

Киев планирует попросить у МБРР $300 миллионов займа

«Здание правительства Украины в Киеве © РИА Новости. Стрингер Читать 1prime.ru в КИЕВ, 23 ноя — ПРАЙМ. Кабмин Украины на внеочередном заседании...

ВОЗ: "Нулевых пациентов" с коронавирусом могло быть несколько ВОЗ: "Нулевых пациентов" с коронавирусом могло быть несколько
Общество5 часов ago

ВОЗ: «Нулевых пациентов» с коронавирусом могло быть несколько

Эксперты до сих пор не установили источник коронавируса нового типа, где и когда произошел первый случай заражения. Об этом заявил...

Популярное