Катализатор для водородных топливных элементов, CRISPR против гепатита B и космические антенны. Топ разработок российских ученых

Российские химики нашли «рецепт долголетия» для водородной энергетики, создав сплав из пяти металлов, который увеличил срок службы топливных элементов в четыре раза.

Водородные топливные элементы считаются святым Граалем «зеленой» энергетики, но их массовому внедрению мешает одна проблема — катализаторы быстро изнашиваются. Российские ученые решили эту задачу, создав уникальный многокомпонентный катализатор. Пятикомпонентный состав оказался настолько устойчивым, что по итогам длительных испытаний разработка обошла лучшие коммерческие аналоги по эффективности в четыре раза. Это открывает прямую дорогу к экологичному транспорту будущего.

Мы продолжаем рассказывать о последних достижениях российской науки. На этот раз речь также пойдёт о CRISPR-препарате, который вырезает вирус гепатита B из генома; об углеродной антенне для космоса и дронов, которая не теряет форму при перепадах температур; о сверхчувствительном терагерцовом сенсоре для диагностики рака без химии; а также  о подводном дроне, который плавает как рыба, экономя энергию. Подробнее обо всём читайте в нашем материале.

Катализатор из пяти металлов, который продлевает жизнь водородным элементам

Учёные Южного федерального университета (ЮФУ) совместно с коллегами из Сколтеха, Института катализа СО РАН и МГТУ им. Н. Э. Баумана разработали многокомпонентный катализатор для водородных топливных элементов. В его составе используются пять металлов, что обеспечивает устойчивость к длительной эксплуатации. По итогам продолжительных испытаний новая разработка продемонстрировала эффективность, в четыре раза превышающую показатель коммерческого аналога.

Как отметил ведущий научный сотрудник химического факультета ЮФУ Сергей Беленов, одним из главных условий создания производительных низкотемпературных топливных элементов является устойчивость катализатора к длительной эксплуатации. Проведённое исследование показало, что создание сложных многокомпонентных систем имеет значение не только для фундаментальной науки. По мнению специалистов, высокая стабильность разработанного материала открывает возможности для его дальнейшего практического и коммерческого применения.

В перспективе подобные катализаторы могут найти применение при масштабном использовании водородных топливных элементов, в частности в автомобильном транспорте и на энергетических объектах, предназначенных для генерации электроэнергии. Водородные топливные элементы преобразуют химическую энергию водорода в электричество, выделяя лишь воду, что делает их одним из ключевых направлений «зелёной» энергетики. Разработка решает одну из главных проблем технологии — деградацию катализатора при длительной работе.

CRISPR-препарат для полного удаления гепатита B из клеток

Сеченовский университет и крупная российская фармгруппа «Р-Фарм» получили грант памяти академика Е. П. Велихова от Российского научного фонда на разработку CRISPR-препарата против гепатита B. Средства направят на создание опытно-промышленного прототипа терапевтического препарата для лечения хронического гепатита В на основе технологии генного редактирования CRISPR-Cas9.

В основе проекта — прототип, разработанный в Сеченовском университете. Комплексы CRISPR-Cas9 встроены в биосовместимые наночастицы, которые доставляют «молекулярные ножницы» непосредственно в инфицированные клетки печени. Такая схема позволяет полностью вылечить заболевание после однократного введения, что снизит стоимость терапии. Препарат будет отличаться высокой специфичностью к поражённым клеткам и сниженной нецелевой активностью.

Хронический гепатит B остаётся одной из серьёзных проблем мирового здравоохранения, поскольку существующие противовирусные препараты подавляют размножение вируса, но не удаляют его из клеток. Подход на основе CRISPR предлагает принципиально иное решение — физическое «вырезание» вирусной ДНК из генома. Грант РНФ обеспечит финансирование перехода от лабораторной разработки к опытно-промышленному прототипу, что приближает появление первого в мире CRISPR-лекарства от гепатита B.

Учёные создали углеродная антенну для космоса и дронов

Специалисты Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М. Ф. Решетнева разработали инновационные антенные рефлекторы из углерод-волоконного композита для использования в космической отрасли и системах беспилотных летательных аппаратов. Проект выполнен студентами и аспирантами университета.

Углепластик обладает высокой жёсткостью при минимальной плотности, практически нулевым коэффициентом теплового расширения и устойчивостью к вакууму и радиации. Эти свойства обеспечивают размерную стабильность рефлектора при экстремальных перепадах температур — от минус 150 до плюс 150 градусов Цельсия. Традиционные металлические антенны уступают композитным по ряду критически важных для космоса параметров.

Руководитель проекта, аспирант Артём Харебин, сообщил, что патент на изобретение уже получен. «Углерод-композитный рефлектор решает две ключевые задачи: снижение массы космического аппарата — каждый килограмм на орбите стоит целое состояние — и сохранение размерной стабильности при температурных колебаниях. Наша производственная модель готова к внедрению», — цитирует его пресс-служба. Востребованность инновации в ракетно-космической отрасли уже подтверждена: студенты получили сертификат внедрения от АО «Красмаш».

В России разработали терагерцовый сенсор для диагностики рака без реагентов

Учёные ИТМО совместно с коллегами из Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе и Харбинского политехнического университета разработали новую конструкцию сверхчувствительного терагерцового сенсора. По расчётам исследователей, такая конструкция позволит в разы точнее фиксировать изменения состава жидкостей и при этом не потребует химических реагентов.

Терагерцовое излучение рассматривается как перспективный инструмент для медицинской диагностики и экологического мониторинга. Оно безопасно для человека, способно проходить через непрозрачные материалы и взаимодействовать с крупными органическими молекулами. Однако существующие сенсоры ограничены низкой чувствительностью: длина терагерцовой волны значительно больше размера отдельных молекул, из-за чего взаимодействие излучения с веществом получается слабым.

Исследователи предложили конструкцию из графеновой метаповерхности, микрорезонатора и золотого отражающего слоя. Вместе эти элементы практически не дают излучению отражаться и концентрируют его энергию внутри микрорезонатора, где находится исследуемое вещество. Возникающий резонанс Фано усиливает взаимодействие света с веществом — отражение становится практически нулевым, а поглощение достигает максимума. Дополнительная возможность — электрическая настройка через напряжение на графеновой метаповерхности, что позволяет адаптировать сенсор к разным условиям.

В будущем учёные планируют изготовить реальный образец и адаптировать его для распознавания хиральных молекул — соединений с двумя зеркально симметричными формами, которые могут по-разному воздействовать на организм. Потенциальные области применения — диагностика раковых клеток и вирусов в биопсии без окрашивания образца, обнаружение микродоз пестицидов в воде и контроль качества в фармацевтике.

Российские ученые изобрели подводный дрон, который плавает как рыба

Исследователи Московского физико-технического института разработали математическую модель подводного аппарата, который использует принципы движения рыб. Технология может повысить маневренность дронов и снизить расход энергии. Модель учитывает мягкий корпус и аналог плавательного пузыря. Изменяя его объём, аппарат сможет регулировать плавучесть и удерживаться на нужной глубине без дополнительных насосов и датчиков.

При этом устойчивость движения зависит от скорости и расположения плавников и пузыря. Разработчики планируют проверить расчёты на существующих прототипах. Такие роботы могут использоваться для экологического мониторинга, изучения подводных экосистем и наблюдения за морскими животными.

Однако модель пока требует экспериментального подтверждения и не учитывает все условия реальной подводной среды. Тем не менее подход, основанный на биомиметике — копировании природных решений, — открывает путь к созданию автономных подводных аппаратов нового поколения, способных работать в придонном пространстве, где традиционные винтовые движители неэффективны. В перспективе такие дроны смогут длительно находиться под водой, наблюдая за экосистемами без внешнего управления.

Текст: Екатерина Львова

Изображения сгенерированы GigaChat