«Антигрелка» для радаров и негорючий аккумулятор. Топ разработок российских учёных

Морская губка Halisarca dujardinii способна к полной регенерации даже после того, как её тело распадается на отдельные клетки, — они заново собираются в целый организм. Институт биологии развития РАН получил эталонную сборку генома этого вида: 21 хромосома, общая длина — 226,5 млн пар нуклеотидов. Теперь учёные могут проследить, какие гены активируются в процессе «пересборки», чтобы в перспективе попытаться применить эти механизмы в регенеративной медицине человека. Однако клетки человека, в отличие от клеток губки, жёстко специализированы и не умеют менять свою функцию — попытка заставить их это сделать может привести к онкологическим заболеваниям. Тем не менее исследователи продолжают поиск родственных генов и молекулярных путей, видя в этом основу для будущих биотехнологий. 

Мы продолжаем рассказывать о последних достижениях российской науки. На этот раз речь пойдёт о новом препарате для лечения глиомы, который превращает злокачественные клетки в здоровую ткань мозга; об аккумуляторах, которые не горят даже при перегреве; а также об управлении радиоволнами без механики и об «антигрелке» для радаров. Все подробности в нашем материале. 

Российские учёные создали препараты, которые превращают опухоль мозга в здоровую ткань

Междисциплинарный коллектив исследователей и врачей из Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Национального медицинского исследовательского центра нейрохирургии имени академика Н.Н. Бурденко и МГУ имени М.В. Ломоносова разработал новые подходы к диагностике и лечению глиомы — одной из самых опасных опухолей головного мозга.

Для диагностики учёные предложили метод позитронно-эмиссионной и компьютерной томографии с новым радиофармпрепаратом. Его основу составляют радиоактивные аптамеры. Эти молекулы при внутривенном введении самостоятельно находят опухоль, притягиваются к ней и точно её подсвечивают. В результате хирург или радиолог видят чёткие границы поражённой ткани.

Для лечения используется похожий принцип. В организм вводят аптамеры, соединённые с уже известными противоопухолевыми молекулами. Такая связка доставляет лекарство адресно, только к клеткам глиомы, минуя здоровые ткани. Кроме того, учёные нашли несколько аптамеров, которые повышают чувствительность опухолевых клеток к лучевой терапии и блокируют их способность мигрировать в здоровые участки мозга. Это снижает риск рецидива.

Ещё один подход основан на перепрограммировании злокачественных клеток. Речь идёт о коктейле под названием GQ comby. Как пояснила доктор биологических наук, профессор РАН Галина Павлова, молекулы этого коктейля воздействуют на опухолевые клетки и превращают их в неопасные, неделящиеся и функционально полноценные клетки мозга.

Разработанные препараты уже подтвердили свою эффективность в лабораторных условиях. В настоящее время они проходят патентование и готовятся к доклиническим исследованиям. В Минобрнауки отметили, что применение аптамеров в составе радиофармпрепарата для ПЭТ/КТ показало наибольшую результативность среди протестированных методов. Созданные технологии позволяют не только лучше видеть опухоль, но и доставлять лекарство точно в цель, а в перспективе даже обратить болезнь вспять.

Российские учёные расшифровали геном организма, способного возродиться из клеток

Специалисты Института биологии развития имени Н.К. Кольцова РАН получили эталонную сборку ДНК морской губки Halisarca dujardinii. Этот вид способен к полной регенерации даже после распада на отдельные клетки, которые затем заново собираются в целый организм. Исследование открывает путь к пониманию механизмов восстановления тканей.

Учёным удалось собрать геном длиной около 226,5 миллиона пар нуклеотидов. Он организован в 21 хромосому. Без этой последовательности невозможно проанализировать, какие именно гены включаются и как запускается процесс возрождения. Исследователи рассчитывают выяснить, какие участки ДНК активируются или подавляются при регенерации, чтобы в перспективе смоделировать похожий механизм у человека.

Однако эксперты предупреждают о существенной разнице между губкой и человеком. Клетки морского организма обладают высокой пластичностью и могут менять свою специализацию. Клетки человека, напротив, строго выполняют заданную роль и не способны к такому переключению. Бесконтрольное изменение их судьбы может привести к патологическим процессам, включая развитие онкологических заболеваний.

Тем не менее учёные считают, что поиск родственных генов и молекулярных механизмов необходимо продолжать. За подобными биотехнологиями, даже с учётом всех рисков и ограничений, стоит будущее регенеративной медицины. Полученные данные уже сейчас углубляют понимание эволюционных процессов и природы многоклеточности.

Учёные создали новый аккумулятор, который не горит и держит заряд дольше

Учёные Московского физико-технического института (МФТИ) создали твердотельный аккумулятор, который не воспламеняется даже при перегреве. По словам исследователей, новые батареи значительно превосходят все существующие аналоги по запасаемой энергии.

Современные литий-ионные аккумуляторы опасны из-за жидкого электролита. При повреждении или нагреве он может легко загореться. Российские инженеры решили эту проблему. Они заменили жидкую основу на специальную полимер-керамическую мембрану. Этот «твёрдый» электролит не горит и при этом отлично пропускает электрические заряды.

Разработчики применили сразу три инновации. Первая заключается в добавлении пластификатора в электролит, что улучшает проводимость. Второе решение касается катода. Вместо хрупких материалов учёные использовали крупные кристаллы сложного оксида с высоким содержанием никеля. Это позволяет батарее выдерживать большие токи и служит значительно дольше. Третья инновация связана с анодом. Специальное покрытие из наночастиц серебра и углерода устраняет хаотичный рост кристаллов лития. Это повышает плотность энергии и снижает стоимость, так как отпадает необходимость в дорогой литиевой фольге.

Разработка ведётся в рамках амбициозного проекта «Сапфир-Д». Первый этап, в ходе которого учёные создали и испытали прототипы, уже завершён. Лабораторные тесты подтвердили заявленные характеристики. Удельная энергия новых образцов оказалась значительно выше, чем у лучших серийных аналогов.

Инженеры подтвердили, что технология готова к масштабированию. Запуск опытно-промышленного производства запланирован на 2028 год. Выпускать инновационные батареи будет завод «Металлион», расположенный на базе ИНТЦ «Долина Физтеха».

Новые аккумуляторы могут полностью изменить рынок устройств. Они в первую очередь ориентированы на использование в электромобилях, беспилотниках и робототехнике, где важны высокая надёжность и безопасность. Кроме того, их можно применять в стационарных накопителях для солнечных и ветряных электростанций, что обеспечит стабильность «зелёной» энергетики.

Российские физики научились управлять радиоволнами через новые материалы

Исследователи Новгородского государственного университета нашли способ настраивать устройства спутниковой связи и радаров без механических регуляторов. Вместо движущихся деталей они предлагают использовать электрическое напряжение и особые композитные материалы.

Речь идёт о магнитоэлектрических структурах. Это многослойные «сендвичи» из двух компонентов. Один из них, пьезоэлектрик, меняет размеры при подаче напряжения. Второй, феррит, обладает магнитными свойствами. Когда первый слой слегка сжимается или расширяется, он передаёт усилие на феррит, и магнитные параметры последнего начинают меняться. Так электрический сигнал управляет радиочастотой без единой подвижной части.

Учёные определили три ключевых условия для максимальной эффективности таких устройств. Первое, форма ферритового элемента. Лучше всего работают тонкие пластины и диски. Второе, качество обработки поверхности. Шероховатость не должна превышать 0,5 нанометра. Для сравнения, это примерно в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса. Третье, выбор пьезоэлектрика. Широко распространённая цирконат-титанатная керамика даёт относительно слабый эффект. Намного более высокие показатели у монокристаллов PMN-PT и PZT-PT с особой ориентацией кристаллической решётки.

Заведующий кафедрой проектирования и технологии радиоаппаратуры НовГУ Мирза Бичурин пояснил, что именно такое сочетание формы, чистоты обработки и материала позволяет заметно расширить диапазон настройки. Соавтор исследования Руслан Кафаров добавил, что особое внимание уделяется магнитной анизотропии феррита. Это свойство материала по-разному реагировать на магнитное поле в зависимости от направления.

Разработанные рекомендации уже могут быть использованы для создания перестраиваемых СВЧ-фильтров, фазовращателей и компактных антенных решёток. Такие устройства востребованы в радиолокации, спутниковой навигации, беспроводной передаче данных и телекоммуникациях, где важна высокая точность при низком энергопотреблении и малых габаритах.

В России создали «антигрелку» для высокоточных приборов

Большинство материалов при нагреве расширяются. Это приводит к микротрещинам и поломкам точной техники. Учёные из Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова в Санкт-Петербурге вместе с коллегами синтезировали кристаллы на основе боратов железа и хрома, которые при повышении температуры не расширяются, а сжимаются.

Такое поведение называют отрицательным коэффициентом теплового расширения. Оно позволяет избежать главной причины разрушения деталей. Микротрещины возникают не от самого изменения размеров, а от разницы в расширении соседних материалов внутри прибора. Если один элемент сжимается, а другой остаётся на месте, напряжения не возникает.

Исходными веществами для синтеза стали оксиды железа, хрома и борная кислота. Исследователи приготовили три образца. Первый представлял собой чистый борат железа. Во втором 14 процентов железа заменили на хром. Третий образец состоял из чистого бората хрома.

Учёные проверили поведение материалов в диапазоне от комнатной температуры до 900 градусов Цельсия. Оказалось, что образец со смешанным составом сжимается при нагреве до 30 градусов. Выше этой отметки он практически не меняет размеров. Причина кроется в явлении магнитострикции. Внутри материала атомы ведут себя как крошечные магниты, выстроенные в определённом порядке. При нагреве этот порядок нарушается, и кристаллическая решётка слегка сжимается по некоторым направлениям.

Важно, что учёные могут настраивать свойства под конкретные задачи. Чем больше хрома в составе, тем при более низкой температуре материал теряет свой магнитный порядок и перестаёт сжиматься. У чистого бората железа это происходит при 77 градусах. У смешанного образца при 30 градусах. А у бората хрома при минус 262 градусах. Последний вариант подходит для космической техники и сверхчувствительных датчиков, работающих в условиях глубокого холода.

Кроме того, добавление хрома повышает термостойкость материала. Чистый борат железа разрушается при 630 градусах. Борат хрома выдерживает нагрев до 900 градусов и выше.

Руководитель проекта, поддержанного грантом Российского научного фонда, Ярослав Бирюков пояснил, что частичная замена железа на хром позволяет гибко управлять физическими свойствами соединений. Это открывает путь к созданию элементов с точно заданным коэффициентом расширения для высокоточных оптических приборов, спинтронных и электронных устройств. В дальнейшем исследователи планируют изучить родственные соединения и расширить выборку таких материалов. Полученные результаты могут быть полезны при разработке синхротронных мегаустановок, где подобные кристаллы уже находят применение.

Текст: Ирина Леонова

Фото сгенерированы shedevrum.ai