Глобальные Новости Высоких Технологий

Найден способ производства прямых и достаточно тонких углеродных нановолокон

Написал Василий Артюхов

Американские исследователи нашли способ выращивания прямолинейных, но, в то же время, прозрачных углеродных нановолокон. Предложенная технология – это настоящий прорыв, который позволит применить волокна в самых разнообразных областях от генной терапии и солнечной энергетики до создания водоотталкивающих покрытий.

Традиционно под углеродными нановолокнами понимаются структуры из атомов углерода, имеющие диаметр 20 – 60 нм при длине порядка нескольких микрон. В отличие от нанотрубок, где существует полость внутри, углеродные нановолокна имеют внутренние перегородки, конфигурация которых часто зависит от метода производства. Подобные нановолокна можно представить как «стопку» конусообразных слоев графена.

На сегодняшний день существуют различные методики получения нановолокон; наиболее распространенная и дешевая – каталитическое химическое газофазное осаждение (реализуемое в различных вариантах). Однако общая проблема всех этих вариантов – невозможность получить достаточно длинные, прямые и тонкие нановолокна.

Но, похоже, эта проблема решена. Для изготовления прямых углеродных нановолокон ученые из North Carolina State University, Oak Ridge National Laboratory и CFD Research Corporation (США) предложили многоступенчатый процесс, начинающийся с осаждения частиц никеля на кремне-содержащей подложке. После этого поверх осажденных частиц накладывается сетка, выполненная из хрома. Далее подложка и сетка помещаются в высокотемпературную камеру, нагретую до 700 градусов по шкале Цельсия. При этом камера заполняется смесью газов – ацетилена и аммиака. В данном случае сетка из хрома играет роль отрицательно-заряженного электрода, при этом в верхней части камеры располагается второй, положительный электрод.

Под действием электрического поля положительно заряженные ионы газа начинают двигаться к отрицательно заряженной сетке. При этом осажденные ранее наночастицы никеля работают как катализатор. Реагируя с углеродом в молекулах ацетилена, никель провоцирует образование длинных прямых нановолокон. Важная особенность реакции заключается в том, что молекулы углерода располагаются между подложкой и наночастицей никеля; так что катализатор всегда оказывается на кончике нановолокна.

Одна из проблем, возникающих в подобных процессах производства, - засорение катализатора углеродной пленкой (что, естественно, прекращает каталитическую реакцию). Но в данном случае препятствуют этому положительно заряженные ионы, движущиеся по направлению к сетке. Во время движения многие из них сталкиваются с наночастицами никеля, в прямом смысле «сбивая» с них избыточный углерод. Это позволяет поддерживать постоянный рост нановолокон. Наблюдение за экспериментом показало, что углеродные волокна действительно получаются прямыми и достаточно длинными.

По словам самих исследователей, их работа впервые продемонстрировала возможность выращивания подобных углеродных нановолокон. Детальное описание методики было опубликовано в журнале Applied Materials & Interfaces.

Прозрачный прямолинейный инструмент наномасштаба может иметь широчайшее применение в науке и технике. К примеру, в будущем углеродные нановолокна могут использоваться в исследованиях в области генной терапии. Волокна могли бы обеспечить доставку генного материала в ядра исследуемых клеток, при этом их прозрачность позволила бы наблюдать ученым, каким образом «инструменты» взаимодействуют с клеткой и даже впоследствии управлять этим взаимодействием.

БНБ

http://sci-lib.com/article1228.html

Источник: http://www.eternalmind.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=3480&Itemid=2

Какую работу совершает одна молекула?

Исследователи из Великобритании и Бельгии измерили значение работы, которую может выполнить единичная искусственно синтезированная человеком молекула. Результаты измерения показывают, что рукотворные молекулы могут совершать такую же работу, как и природные молекулярные машины, и, соответственно, окажут помощь химикам в создании искусственных молекулярных машин.

Многие биологические молекулы могут выполнять полезную работу. Например, моторные белки кинезин и динеин перемещают полезную загрузку по клетке, используя энергию АТФ, химического топлива биологических систем. В последние годы химики получили не имеющие природных аналогов молекулярные машины, выполняющие полезные операции (перемещение капель жидкости, вращение микрообъектов), однако синтетические молекулярные машины выполняют свою работу совместно, для их работы требуется совместное присутствие миллиардов и более искусственных молекулярных машин.

Дэвид Лейг (David Leigh) из Университета Эдинбурга смог измерить работу, совершаемую единичной синтетической молекулой. В качестве модели для измерения этой работы исследователи использовали ротаксан, макроциклу которого выгоднее оставаться у одного конца стержня благодаря системе водородных связей.

Сила, которую может создавать цикл ротаксана при перемещении, составляет 30 пиконьютонов. (Рисунок из Nat. Nanotechnol., 2011, DOI: 10.1038/nnano.2011.132)

Исследователи из группы Лейга закрепили ось ротаксана к поверхности золота, а к макроциклу ротаксана – полимер, способный изменять свою конформацию, растягиваясь и сжимаясь при этом. Другой конец полимерной цепи был связан с зондом атомно-силового микроскопа. Перемещение зонда приводило к тому, что первоначально полимер переходил от клубковой информации к расплетенной, а затем к тому, что система водородных связей между макроциклом и ось ротаксана разрывалась, и макроцикл перемещался к другому концу оси ротаксана. Однако, прекращение перемещения зонда атомно-силового микроскопа приводило к тому, что за счет случайных термических флуктуаций макроцикл возвращался в термодинамически предпочтительное положение.

После измерения сил, возникавших при нескольких сотнях циклов, в результате которых проходило перемещение макроцикла ротаксана вдоль его оси, и усреднения результатов измерений был сделан вывод о том, что молекула ротаксана может создавать силу около 30 пиконьютон, совершаемая ротаксаном работа, таким образом, составляет 6 ккал/моль; сила, создаваемая молекулами кинезина или миозина лежит в пределах от 5 до 60 пиконьютонов (в зависимости от источника молекулярной машины).

Дин Астумян (Dean Astumian), эксперт по молекулярным машинам из Университета Мэн, отмечает, что работа Лейга является логическим дополнением цикла работ Фрейзера Стоддарта (Fraser Stoddart), опубликованных в 2005. В тех экспериментах исследователи из группы Стоддарта не изучали циклы перемещения макроцикла ротаксана по его стержню, но, тем не менее, изучали изменение механических свойств ротаксана в его различных состояниях.

По словам Астумяна сладующим логическим этапом исследований была бы комбинация результатов двух экспериментов – Стоддарта и Лейга. Такой эксперимент мог бы дать информацию о механизме преобразования химической энергии в механическую – ключевой стадии работы многих молекулярных машин.

Источник: Nat. Nanotechnol., 2011, DOI: 10.1038/nnano.2011.132

ChemPort.ru

http://www.chemport.ru/datenews.php?news=2556

Источник: http://www.eternalmind.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=3483&Itemid=2

Учёные улучшили солнечные батареи без Солнца

new Ya.share({element: 'ya-share', elementStyle: {type: 'link', text: 'Поделиться', quickServices: []}}); Образцы микрореакторов. Пояснения в тексте (фото Justin Knight).

Миниатюрные фотоэлектрические генераторы, не нуждающиеся в солнечном свете, испытали новаторы из Массачусетского технологического института. Опытные образцы демонстрируют любопытный способ выработки тока практически от любого источника тепла.

Новая работа является развитием опытов по термофотогенераторам (thermophotovoltaic), начатых в институте несколько лет назад. Напомним вкратце принцип действия таких установок: сгорающее топливо нагревает излучатель до солидной температуры, излучатель выдаёт свет, который тут же преобразуется в электричество при помощи небольшой солнечной батарейки.

Такие системы известны давно, но сложно добиться от них удовлетворительной эффективности. Слишком много энергии уходит без толку в виде теплового излучения. Способ решения проблемы тоже в общих чертах был ясен давно: излучатель нужно модифицировать так, чтобы он выдавал большую часть энергии на узких частотах, наиболее подходящих для фотоэлектрической ячейки.

Авторы термофотоэлектрических реакторов (слева направо): Иван Селанович (Ivan Celanovic), И Сян Ен (Yi Xiang Yeng), Уокер Чан (Walker Chan) и Марин Солячич (Marin Soljačić) (фото Justin Knight).

Разумеется, простое нагретое тело с его широким спектром излучения тут не годится, какое бы вещество мы ни выбрали. Потому физики обратили внимание на фотонные кристаллы. По информации института, в новых опытах исследователи взяли за основу вольфрам и кремний.

Учёные создали на поверхности этих пластин миллиарды углублений нанометровых размеров. Так получились резонаторы, позволяющие пластине при нагреве выдавать пик излучения на одних частотах, но подавлять волны других частот.

Из таких материалов экспериментаторы построили крошечные реакторы (на снимке под заголовком), снабжённые трубочками для подвода топлива (пропан или бутан) и воздуха. Снаружи этих «фляжек» авторы опыта размещали фотодиоды, причём с минимальным зазором. При подаче горючего реакторы нагревались и начинали выдавать фотоны, как раз наиболее эффективно воспринимаемые небольшими солнечными батареями.

По словам авторов технологии, заправленные микрореакторы способны выдавать ток втрое дольше литиевых батарей равного веса. А в дальнейшем учёные намерены ещё утроить плотность упаковки энергии в таких приборах. Как полагают разработчики, микроскопические топливные генераторы без движущихся частей пригодятся для питания удалённых датчиков, или помогут многократно увеличить время работы карманной электроники, а ещё они могли бы питать рации солдат на поле боя.

(Отчёт о результатах нынешнего эксперимента должен появиться в Physical Review A.)

Новый наноматериал провоцирует рост кровеносных сосудов

Едва заметный прозрачный кружок в центре кадра содержит наноматериал, за три дня опыта подтолкнувший рост кровеносных сосудов в мембране, взятой из куриного яйца (фото Matthew Webber).

Американские исследователи оригинальным образом решили проблему стимулирования роста сосудов в повреждённой ткани. Такая задача является одной из важнейших в регенеративной медицине и трансплантологии.

Сэмюэл Стапп (Samuel Stupp) и его коллеги из Северо-Западного университета разработали жидкость, которая, будучи введённой в ткани пациента, превращается в спутанную матрицу из нановолокон.

Каждое такое волокно покрыто выступами молекулярного размера, подражающими фактору роста эндотелия сосудов — белку VEGF. В результате эти сконструированные волокна предоставляют фон для ускоренного размножения клеток сосудов, включая формирование последних на новом месте.

По информации Technology Review, исследователи протестировали изобретение на мышах. Биологи ограничили кровоснабжение задних лап подопытных зверьков, что должно было привести к отмиранию конечностей. Введение нановолокон вызвало рост новых сосудов, привело к увеличению кровообращения в лапах и улучшению двигательных функций.

Для сравнения, в других группах мышек экспериментаторы применяли иные методы лечения, в том числе инъекции самого белка VEGF. Но нановолокна показали себя самым эффективным вариантом спасения животных и, вероятно, человека (хотя до опытов на людях ещё далеко).

Нановолокна могли бы вызывать к жизни новые сосуды и капилляры в местах, повреждённых при сердечном приступе, рассуждают авторы работы. Ещё хорошее кровоснабжение необходимо пересаженному органу, или его замене, искусственно выращенной из клеток пациента.

Ранее медики не раз пробовали вызывать рост сосудов в повреждённых тканях при помощи белка VEGF, но он плохо работал по той простой причине, что быстро выводился из нужного участка. Белок не успевал подействовать, и потому для должного эффекта его необходимо было вводить вновь и вновь. Такой способ лечения мало того что инвазивный, так ещё и дорогой.

А вот наноматериал находится в нужном месте весьма длительное время, обеспечивая стойкий эффект стимуляции роста сосудов. При этом по окончании своей работы новые волокна разлагаются в организме естественным образом.

По словам Сэмюэла, аналогичный метод можно применять и для стимулирования роста соединительной ткани, или нейронов. Просто для этих задач нужно подправить конструкцию нановолокон так, чтобы они имитировали другие белки — факторы роста. Пока же американцы намерены продолжить опыты с нынешним материалом. Впереди предстоят тесты на токсическую безопасность.

Российский исцеляющий нанобинт выходит на рынок

Леонид Попов

Принцип действия повязки основан на взаимодействии разноимённо заряженных частиц (иллюстрация RussiaToday).

Ранозаживляющая повязка «Витаваллис», разработанная томскими учёными, должна поступить в аптеки России и Европы в начале осени 2011 года. Со слов авторов инновации, аналогов по эффективности этому «нанобинту» нет.

Повязка "Витаваллис" разработана совместными усилиями специалистов нескольких институтов Сибирского отделения академии наук и российской компании "Аквелит", которая и наладила выпуск новинки.

По информации «РИА Новости», использованная в бинте технология сорбирующих центров позволяет значительно уменьшить время лечения ожогов, венозных и диабетических язв, обширных и глубоких пролежней, рожистых воспалений.

«Речь идёт не о токсическом воздействии антибиотиков на рану и прилегающие ткани, а об удалении микроорганизмов с поверхности раны. Активные сорбирующие центры повязки за счёт электростатического взаимодействия вытягивают микроорганизмы из раны и удерживают их внутри самой повязки, не давая бактериям размножаться», — объясняет Сергей Псахье, председатель президиума ТНЦ СО РАН.

Активные центры состоят из положительно заряженных наночастиц, притягивающих отрицательно заряженные загрязнители. На снимке показаны волокна нового сорбционного материала под микроскопом (иллюстрация ООО «Аквелит»).

Заметим, эта технология электростатической сорбции идентична принципу работы фильтровальных материалов для воды "Акваваллис" от того же «Аквелита». Собственно эта разработка и получила медицинское продолжение — созданные ранее водные фильтры из Томска породили побочный продукт, повязку для ран.

Испытавшие «нанобинт» врачи, отметили ускоренное заживление ран. Томские медики сравнивают «Витаваллис» по значимости с изобретением пенициллина (кадр RussiaToday).

В феврале 2011 года «Аквелит» стал участником так называемой технологической платформы «Медицина будущего», программы, развиваемой на базе Сибирского государственного медицинского университета. Тогда томская компания заявляла о подготовке производства антимикробных ранозаживляющих материалов. А ныне уже готова первая небольшая партия «Витаваллиса».

Псахье утверждает: «В ближайший месяц начнутся продажи „Витаваллиса“ на Дальнем Востоке, в Москве, в Европе. Есть несколько дистрибьюторов, которые готовы взять на себя распространение повязок. Есть заказы из Вьетнама, а также Словении, где крупная медицинская компания планирует покупать антисептический материал в „чистом виде“, чтобы упаковывать и выпускать под своей маркой».

«Линия, существующая на „Аквелите“, позволяет производить до пяти миллионов экземпляров повязок в год. После запуска промышленного производства речь пойдёт о десятках миллионов», — добавляет Сергей, указывая, что материал успешно прошёл санитарно-химические, токсикологические и клинические испытания, на него получено регистрационное удостоверение Росздравнадзора.

В видеорепортаже ниже рассказано о нескольких свежих инновациях, родившихся в Томске. Сюжет про «Аквилит», его водные фильтры и заживляющую раны повязку начинается с 6:30.

Источник: http://www.membrana.ru/particle/16649

Генетика и генная инженерия

Генная терапия нового поколения                                                                                             

Вдохновленные успешными результатами применения генной терапии для исправления зрения у пациентов, страдающих наследуемыми видами слепоты, ученые из Школы Медицины Перельмана в Университете Пенсильвании (Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania) обдумывают возможность применения нового метода для лечения слепых, болезнь которых обусловлена другими причинами.

При проведении предыдущего исследования ученые поместили нормальный вариант гена, отсутствующий у больных врожденным амаврозом Лебера, в аденоассоциированный вектор, и с помощью вектора доставили ген в клетки сетчатой оболочки глаза. В результате в клетках начинал вырабатываться фермент, восстанавливающий световые рецепторы.

«Результаты трех исследований, в которых была изучена возможность лечения пациентов с врожденным амаврозом Лебера, участвующих в I фазе клинических испытаний, выявили потенциал применения генной терапии, основанной на аденовирусной доставке корректирующих генов в клетки сетчатой оболочки глаза, - отмечают профессор офтальмологии Ф.М. Кирби (F.M. Kirby) и доктор Жан Беннет (Jean Bennett). – Для того чтобы расширить число методов лечения пациентов с наследственными заболеваниями глаз, нам потребуется более широкий арсенал векторов. Результаты, полученные при использовании вектора AAV8, дают нам надежду на создание методов генной терапии для лечения больных заболеваниями, при которых бывают поражены фоторецепторы сетчатой оболочки глаза. Результаты нашего доклинического исследования помогли установить методологические принципы, необходимые для определения концентрации и типа вектора для доставки корректирующих генов с целью лечения пациентов, у которых слепота вызвана потерей фоторецепторов».

В новом исследовании, результаты которого были опубликованы на этой неделе в журнале Science Translational Medicine, команда ученых из Университета Пенсильвании сравнила на модели заболевания на животных безопасность и эффективность двух разных типов аденовирусных векторов: аденовируса AAV2, используемого в клиническом исследовании, направленном на изучение возможности лечения пациентов с наследственным амаврозом Лебера, и векторной технологии второго поколения, в которой применяется аденовирус AAV8, разработанный в лаборатории одного из соавторов исследования, профессора Джеймса М. Вилсона (James M. Wilson).

Экспериментаторы использовали оба типа векторов для доставки трансгена зеленого флуоресцентного белка (GFP) в пигментные эпителиальные и фоторецепторные клетки сетчатой оболочки глаза нечеловекообразных приматов. Фоторецепторные клетки, так называемые палочки и колбочки, представляют собой специализированные нервные клетки, чувствительные к свету и способные преобразовывать световой сигнал в электрический. Нарушения работы фоторецепторных клеток сетчатки наблюдаются при многих заболеваниях глаз, вылечить которые на данный момент не удается. К таким болезням, например, относится пигментный ретинит.

«Результаты показали, что мы можем безопасно и эффективно доставить гены в фоторецепторные клетки глаза приматов, используя малые дозы вектора AAV8», - говорит один из авторов исследования, кандидат наук Люк Х. Ванденберге (Luk H. Vandenberghe).

Результаты исследования подтвердили эффективность и безопасность доставки гена в сетчатую оболочку глаз обезьян как с помощью вектора AAV2, так и AAV8. Однако для доставки гена в фоторецепторные клетки сетчатки векторAAV8 был значительно эффективнее.

Исследование с помощью метода сканирующей туннельной микроскопии выявило дозозависимое отношение между концентрациями векторов AAV2 и AAV8 и развитием иммунного ответа в сетчатой оболочке глаза у нечеловекообразных приматов. Основываясь на этих данных, ученые установили концентрации векторов для их безопасного и эффективного введения в пигментные эпителиальные и фоторецепторные клетки сетчатки. В то время как векторы AAV2 и AAV8 эффективно доставляли ген в пигментные эпителиальные клетки сетчатки при умеренных или низких концентрациях, экспрессия гена GFP в фоторецепторах достигалась только при высоких концентрациях вектора. Стабильная доставка гена в палочки достигалась при умеренных концентрациях вектора AAV8. Аналогичные дозы этого вектора сейчас используются в экспериментальных клинических протоколах.

Средние концентрации векторов не вызывают выраженного иммунного ответа и осложнений после хирургической инъекции. Доставленный ген также сохраняется в сетчатке в очень высоких концентрациях в течение всех четырех месяцев наблюдения за животными.

В более ранних исследованиях, выполненных на животных, было также показано, что вектор AAV8 безопасно и эффективно доставляет гены в сетчатку мышей. Однако сетчатая оболочка глаза мышей значительно отличается от сетчатки приматов, главным образом, своей структурой, что влияет на хирургический подход доставки корректирующих генов в различные части глаза. Например, у мышей в отличие от приматов нет желтого пятна – особой структуры глаза, которая обладает наибольшей чувствительностью к свету и обеспечивает максимальную остроту зрения и возможность различать разные оттенки цвета. Дегенерация желтого пятна – распространенная причина потери зрения, особенно среди людей пожилого возраста. Настоящее исследование, выполненное на нечеловекообразных приматах, представляет собой следующий шаг в направлении переноса на человека терапевтических стратегий, разработанных на животных.

«Чтобы вылечить пациентов с другими заболеваниями сетчатой оболочки глаза, необходимо усовершенствовать технологию: новые векторы с улучшенными свойствами должны безопасно и эффективно доставлять корректирующие гены в клетки глаза пациентов с различными заболеваниями. В моей лаборатории были недавно выделены новые типы аденовирусов обезьян и аденоассоциированных вирусов. Рекомбинантные версии этих вирусов оказываются полезными в качестве улучшенных транспортных средств переноса генов в разнообразные клетки», - рассказал Уилсон.

По материалам:
University of Pennsylvania School of Medicine

Оригинальная статья:
L. H. Vandenberghe, P. Bell, A. M. Maguire, C. N. Cearley, R. Xiao, R. Calcedo, L. Wang, M. J. Castle, A. C. Maguire, R. Grant, J. H. Wolfe, J. M. Wilson, J. Bennett. Dosage Thresholds for AAV2 and AAV8 Photoreceptor Gene Therapy in Monkey. Science Translational Medicine, 2011; 3 (88): 88ra54 DOI: 10.1126/scitranslmed.3002103

Коммерческая биотехнология

 2011http://www.cbio.ru/v5/modules/news/article.php?storyid=3839

Сингапурские ученые создали антибактериальную кишечную палочку - камикадзе

Сингапурские ученые создали штамм кишечной палочки, способный распознавать и уничтожать распространенного возбудителя тяжелых внутрибольничных инфекций – синегнойную палочку. По мнению авторов проекта, методику можно также применять для борьбы с другими микробами.

E.coli и P.aeruginosa. Коллаж "МедНовостей"

Pseudomonas aeruginosa (синегнойная палочка) зачастую поражает пациентов с ослабленным иммунитетом, вызывая тяжелый сепсис. Циркулируя в больницах, этот микроб приобрел устойчивость к большинству распространенных антибиотиков.

Исследователи из Технологического университета Наньян решили модифицировать для борьбы с синегнойной инфекцией непатогенный штамм кишечной палочки, являющийся нормальным компонентом микрофлоры кишечника.

Для этого в ДНК бактерии были встроены гены, в присутствии синегнойной палочки вырабатывающие специфичный в отношении нее токсин, после чего разрушающие клетку модифицированной кишечной палочки для выброса этого токсина.

Как рассказал руководитель исследования Мэтью Вук Чан (Matthew Wook Chang), в экспериментальных условиях "бактерия-камикадзе" подавляла рост синегнойной палочки на 90 процентов. По его словам, микробный "детектор" несложно изменить, "настроив" его на распознавание других бактерий, например, холерного вибриона.

Исследователи полагают, что разработанная ими кишечная палочка может назначаться в форме пищевого продукта, такого как йогурт. В настоящее время они проводят испытания препарата на животных.

Отчет об исследовании опубликован в журнале Molecular Systems Biology.

МедНовости

http://medportal.ru/mednovosti/news/2011/08/16/kamikaze/

Учёные впервые внедрили животному искусственный генетический материал

Биологи из Кембриджа впервые изменили геном червя таким образом, чтобы заставить организм производить белки из искусственной аминокислоты. Ранее такие эксперименты проводили только с бактериями.

Чтобы понять, какие из тысячи с гаком клеток червя начали вырабатывать искусственный белок, учёные пометили их красителем, светящимся в ультрафиолете красным светом (фото A. F. Zeynep/Wikimedia Commons, врезка — S. Greiss and J. Chin).

Героем эксперимента стал микроскопический червь Caenorhabditis elegans, длина туловища которого не превышает миллиметр.

Клетки червя создают белки из аминокислот. Строительством управляют гены. Всего 20 аминокислот используются C. elegans и прочими живыми существами как кирпичики. При этом различные комбинации позволяют получить тысячи самых разных белков, поддерживающих жизнь.

Но биологам этого разнообразия, видимо, недостаточно, а потому генные инженеры пробуют «расширить палитру». Они изменили ДНК червя таким образом, чтобы в дело пошла 21-ая искусственная аминокислота.

Для того чтобы обмануть существующие клеточные механизмы, необходимо заменить кодоны, трёхбуквенные последовательности нуклеотидов, кодирующие информацию о том, какую аминокислоту нужно вставлять следующей при строительстве белка.

Специалисты исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) ещё в 2003 году показали, что кодоны можно заменять по своему усмотрению, а недавно другая международная группа создала инструмент для масштабного редактирования генома.

Клетки читают и встраивают искусственные аминокислоты в новые белки, не подозревая о подмене. Но обкатать технологию удалось только на бактерии E. coli. Теперь же в лаборатории создан модифицированный червяк.

На свет появились биологические молекулы, не свойственные данному организму, пишут учёные в статье в Journal of the American Chemical Society.

Играя с кодонами и аминокислотами, биологи пытаются создать белки, которые, по мнению учёных, будут оставаться под их полным контролем и позволят им при помощи света или определённых веществ включать и выключать нужные клетки и молекулы.

Кстати, на всю работу у учёных ушло полтора года – не так уж и много, если вдуматься. И вполне возможно, что метод со временем получит широкое распространение, а его авторы — Нобелевскую премию. Напомним, что в 2008 году её дали учёным, открывшим зелёный флуоресцирующий белок медуз, который ныне используется биологами повсеместно.

Мембрана

http://www.membrana.ru/particle/16590

Эволюция предсказуема. Проверено на нематодах

Эволюция намного более предсказуема, чем считалось до сих пор. Об этом говорит исследование, проведенное биологами Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке, опубликованное в журнале Nature.

На первый взгляд, такое заявление выглядит абсурдным. В ходе эволюции на организм действуют тысячи причин, способные вызвать многочисленные изменения, поэтому предсказать заранее эволюционный результат невозможно – именно так считают сегодня многие биологи. Их Нью-йоркские коллеги, однако, сообщают обратное – три вида разных микроскопических червей на определенное внешнее воздействие отреагировали одинаково, потеряв один и тот же ген.

Собственно, исследование инициировали сами черви. Нематоды Caenorhabditis elegans, штамм которых хранился в лаборатории уже полвека, вдруг перестали впадать в спячку. У C. elegans есть привычка переходить в так называемую стадию дауэра, своеобразного анабиоза, если их что-то не устраивает – температура, недостаток пищи или чрезмерная скученность – и выходить из нее, когда ситуация нормализуется. Два года назад ученые обнаружили, что их черви больше не становятся дауэрами, несмотря на высокую скученность.

Высокая скученность в природе грозит недостатком пищи, нематоды узнают о ней по усилившемуся запаху своих сородичей, вызываемому специфическими феромонами. В лабораторных условиях с кормежкой всегда хорошо, независимо от «плотности населения», поэтому черви и мутировали, перестав обращать внимание на запах.

Как выяснилось при генетическом анализе, этот штамм C. elegans лишился нескольких генов, кодирующих рецепторы феромона, и черви потеряли феромонное обоняние, одновременно начав быстрее взрослеть и производить потомство. Вскоре они узнали, что другой штамм C. elegans, четыре года находившийся на борту шаттла «Колумбия» в состоянии высокой плотности, тоже потерял способность переходить в стадию дауэра. Ученые сообщают, что при этом космические черви потеряли те же гены, что и лабораторные. Вскоре, роясь в литературе, они обнаружили третий случай аналогичной потери реакции на скученность. Это были совсем другие черви, C. briggsae, которые имели с C. elegans общего предка 20 миллионов лет назад и с тех пор оба серьезно изменились. Однако, несмотря на сильное различие в геномах, они потеряли практически тот же набор генов, что и их невероятно дальние родственники.

К потере ставшего ненужным феромонного обоняния может привести исчезновение любого из 50-100 ключевых генов, принимающих участие в строительстве рецептора, но природа выбрала из множества вариантов лишь этот. Возможно, считают ученые, исключение из ДНК других генов могло неблагоприятно сказаться на организме червя, природа перепробовала все варианты, но остальные оказались нежизнеспособными.

CNews R&D

http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2011/08/19/451940

 http://www.eternalmind.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=3499&Itemid=2

Индустрия синтетической революции

Современная синтетическая геномика одновременно сочетает в себе передовые методики химического синтеза ДНК с использованием огромных вычислительных мощностей для проектирования новых последовательностей нуклеотидов. Такой подход позволяет ученым создавать уникальный генетический материал, который невозможно получить, используя обычные методы биотехнологии. По прогнозам экспертов в ближайшие пять лет индустрию синтетической геномики ждет стабильный рост. Очень скоро это может сказаться на облике всего человечества.

Методика искусственного получения молекул ДНК была описана еще в 1979 году в работе лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине Хара Гобинда Кораны. Фактически, это обеспечило создание нового подхода в генетической инженерии. Однако на первых этапах технология была очень сложной и дорогостоящей. Да и максимальная возможная длина получаемых нуклеотидных цепочек не превышала в то время 200 молекул. Потребовалось более 20 лет напряженной работы ведущих научных коллективов из разных стран для того, чтобы развить это направление до той степени, что искусственное синтезирование участков ДНК смогло практически вытеснить операцию клонирования в большинстве проводимых экспериментов. Отправной точкой зарождения отрасли синтетической геномики можно считать 1999 год, когда несколько крупных корпораций начали на коммерческой основе производить искусственно полученные участки ДНК. Появившиеся новые компании, такие как Entelechon и Geneart, в большей степени удовлетворяли запросы конечных потребителей. Созданные предприятия вкладывали средства в перспективные исследования в этой области, производили закупки самого современного оборудования.

Таким образом, вскоре синтез генов на заказ стал гораздо более доступным, и впоследствии только стимулировал развитие спроса. Одновременно привлекались новые инвестиции и в научные изыскания. Несмотря на то, что скачкообразного роста в ближайшем будущем пока не предвидится, стабильный рост области синтетической геномики будет наблюдаться в течение еще не менее пяти лет.

С момента своего зарождения в конце 1990-х годов индустрия синтетической геномики стремительно развивалась. Однако вначале основной упор делался прежде всего на повышение качества производства. Так, первые несколько лет стоимость получения одного нуклеотида в составе ДНК последовательности равнялась в среднем €5. По мере совершенствования технологии синтеза не менее важна стала и себестоимость продукции.

Примечательно, что в период с 2002 по 2005 годы цена в среднем снижалась на 20% каждый год. После 2005 года удешевление уже не было столь резким, но по-прежнему составляло порядка 10% в год. В настоящее время стоимость получение нуклеотида цепочки ДНК составляют в среднем около €1, но этот показатель может существенно варьироваться в пределах ± 50% в зависимости от типа синтезируемых молекул. Значительное снижение цен в индустрии синтетической геномики сделало исследования в области генной инженерии доступными для широкого круга ученых. Данное обстоятельство послужило одним из ключевых факторов удвоения бюджета НИОКР в области биотехнологий в США в период с 1999 по 2008 годы. По прогнозам экспертов за ближайшие пять лет стоимость получения одного нуклеотида должна достигнуть значения €0.3-0.5 при сохранении темпов развития индустрии синтетической геномики.

Сегодня во всем мире существует более 100 компаний, специализирующихся на синтезе нуклеотдов ДНК последовательностей. Среди них: ATG Biosynthetics, Biomax Informatics, Febit, Sloning в Европе; Blue Heron, DNA 2.0, CODA Genomics в США; Geneworks в Австралии; JBioS в Японии; Sangon, ShineGene в Китае; Evrogen в России. Объем производства искусственного генетического материала составляет в среднем примерно 100 000 образцов в год. Если тенденция падения цен сохранится, то можно ожидать удвоения суммарного годового выпуска продукции к 2015 году.

Одновременно наблюдается и увеличение длины цепочек синтезируемых на заказ молекул ДНК. Так в 2009 году большинство компаний принимало от 50 до 70% запросов на получение последовательностей из 500-2000 нуклеотидов. Заказы на синтез генов длиной более 40000 нуклеотидов и сейчас составляют малую долю от общего объема производства.

К настоящему времени, за десять с небольшим лет своего существования, синтетическая геномика превратилась из революционного направления научных исследований в стремительно развивающуюся индустрию. И перспективы здесь огромны. Перед человеком открывается возможность создания совершенно новых форм жизни, исправления ошибок генома собственного организма, предотвращения неизбежного и обращения вспять генетических болезней и отклонений. Только направляя потенциал синтетической геномики на благо общества, необходимо осознавать все потенциальные риски и возможные непредсказуемые последствия такой деятельности и разрабатывать эффективные механизмы их предотвращения. Генетические инженеры должны понимать, что уже в самом ближайшем времени они могут быть в ответе за облик всего человечества.

GlobalScience.ru

http://globalscience.ru/article/read/19644/

Источник: http://www.eternalmind.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=3499&Itemid=2

Биотехнологии

Маленькая молекула победит инфекции и онкологические заболевания

 
Ученые из Свободного Берлинского Университета (Freie Universität Berlin) и исследовательского альянса NeuroCure Cluster of Excellence под руководством профессора биохимии Фолкера Хауке (Volker Haucke) в содружестве с учеными из Австралии и специалистами из Института Молекулярной Фармакологии Лейбница (Leibniz Institute for Molecular Pharmacology или FMP) создали синтетические молекулы небольшого размера, которые тормозят процесс поглощения клеткой сигнальных молекул и патогенных микроорганизмов, например, вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) и бактерий.

Читать далее »  

Новые обезболивающие – эффективнее и безопаснее

 
Обследуя пациентов, страдающих от тяжелого заболевания, вызывающего дегенерацию чувствительных, или сенсорных, нейронов, ученые из Больницы Университета Монреаля (University of Montreal Hospital) и Больницы Святой Жюстины (CHU Sainte-Justine Hospital) обнаружили мутацию, которая вызывает развитие заболевания. Полученные данные также дают новую информацию о механизмах восприятия боли человеческим организмом и открывают новые возможности для разработки обезболивающих лекарств.

Читать далее »  

Генная терапия нового поколения

 
Вдохновленные успешными результатами применения генной терапии для исправления зрения у пациентов, страдающих наследуемыми видами слепоты, ученые из Школы Медицины Перельмана в Университете Пенсильвании (Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania) обдумывают возможность применения нового метода для лечения слепых, болезнь которых обусловлена другими причинами.

Читать далее »  

Антитело против всех типов вируса гриппа

 
Ученые обнаружили антитело, которое инактивирует все подтипы вируса гриппа типа А. Расшифровка структуры области связывания с антителом, принадлежащей к стабильной (не подвергающейся мутациям) части вируса, поможет создать первую длительно действующую вакцину.

Читать далее »  

Выявлен механизм повреждения ДНК при стрессе

 
В течение многих лет ученые публиковали статьи, посвященные взаимосвязи хронического стресса и повреждения хромосом. В новом исследовании, проведенном специалистами из Медицинского Центра Университета Дьюка (Duke University Medical Center), был выявлен механизм, который объясняет ответ организма на стресс, проявляющийся повреждением ДНК.

Читать далее »  

Найдена причина развития бокового амиотрофического склероза

 
Боковой амиотрофический склероз (БАС) или болезнь Лу Герига – неизлечимое нейродегенеративное заболевание, вызывающее паралич и впоследствии – гибель больного. Причины ее развития долгое время оставались неизвестными, что препятствовало разработке эффективных методов лечения пациентов. Кроме того, до получения результатов нового исследования больных БАС ученые даже не были уверены, что все формы заболевания вызваны одним и тем же патологическим процессом.

Читать далее »  

Клеточная терапия против лейкемии

 
Новая противораковая терапия успешно прошла клинические испытания

Читать далее »  

Болезнь Паркинсона – новые данные, новые гипотезы

 
Результаты очередного исследования, проведенного с целью изучения молекулярных механизмов патогенеза болезни Паркинсона, стали сюрпризом для ученых. Структура белка альфа-синуклеина, который считается одним из главных факторов, провоцирующих болезнь, как выяснилось, была ранее охарактеризована неправильно. Было показано, что в здоровых и пораженных болезнью клетках структура альфа-синуклеина существенно различается, что меняет представления о молекулярных предпосылках заболевания и может стать основой нового терапевтического подхода к лечению пациентов.

Читать далее »  

Источник: http://www.cbio.ru/modules/news/index.php?storytopic=1&storynum=10&start=10

Клонирование

Препарат Hearticellgram-AMI. Фото с сайта stemcell-intl.com

Южная Корея первой одобрила лечение инфаркта стволовыми клетками

Южнокорейская фармкомпания будет продавать лекарство на основе стволовых клеток для пациентов, перенесших инфаркт. Как сообщает The Star, FCB-Pharmicell стала первой в мире компанией, получившей одобрение надзорных органов на торговлю данным методом лечения.

Разрешение на продажу препарата Hearticellgram-AMI выдало Управление по надзору за продуктами и лекарствами Южной Кореи (Korea Food and Drug Administration, KFDA). Это лекарство изготовлено на основе соматических стволовых клеток, которые получают из костного мозга пациентов.

Инфаркт миокарда

После этого культура клеток выращивается в лаборатории, чтобы увеличить их популяцию. Затем стволовые клетки вводятся непосредственно в коронарные сосуды с током крови попадают к пораженным участкам сердечной мышцы. Эти клетки заменяют кардиомиоциты, поврежденные в результате инфаркта.

Клинические испытания Hearticellgram-AMI длились около шести лет. В ходе исследований было установлено, что сократительная функция сердца у пациентов, перенесших инфаркт увеличивалась в среднем на шесть процентов после одной инъекции препарата.

Южнокорейские исследования в области стволовых клеток оказались под угрозой в 2005 году после скандала со специалистом Хван У Соком (Hwang Woo-suk). Колонии эмбриональных стволовых клеток, якобы полученные ученым путем клонирования, были объявлены подделкой. В 2006 году Хван был лишен официального звания "выдающийся ученый" и отправлен под суд. В октябре 2009 года ученый был признан виновным в нецелевом расходовании бюджетных средств и приговорен к трем годам заключения условно.

Источник: http://medportal.ru/mednovosti/news/2011/07/07/steminfdrug/

Чипизация, киборгизация. инплантанты

Из живой клетки вырастили межпозвоночный диск

Ученым удалось создать искусственный межпозвоночный диск из живых клеток межпозвоночных тканей и коллагена, соединительного белка. Затем этот протез успешно имплантировали крысам, которые в результате не теряли подвижности до конца своей жизни.

Группа биологов под руководством Лоуренса Боннассара из Корнеллского университета полагает, что их искусственный межпозвоночный диск может быть адаптирован и для имплантации в человеческий позвоночник, что позволит облегчить судьбу множества людей, страдающих радикулитом и остеохондрозом.

Остеохондроз - наиболее распространенная форма заболевания позвоночника - возникает при нарушении работы клеток в межпозвоночных дисках из-за возрастных изменений или воспалительных процессов.
Хрящи деформируются и начинают сдавливать нервные окончания, исходящие от спинного мозга. Это приводит к тому, что больной испытывает хронические боли в позвоночнике, и некоторые движения, к примеру, частое сгибание и разгибание спины, могут причинять ему дополнительные страдания.

На сегодняшний день основными способами лечения самых острых форм остеохондроза считается удаление поврежденных межпозвоночных дисков и замена их костными или металлическими имплантатами. Такие операции приводят к частичной потере подвижности позвоночника, что может причинять дополнительные неудобства людям, ведущим активный образ жизни, а для спортсменов - означать конец карьеры. Кроме того, подобные протезы быстро изнашиваются.

Бонассар и его коллеги "собрали" искусственный межпозвоночный диск из компонентов, которые организм может восстанавливать и производить сам - здоровые хрящевые клетки и соединительный белок-коллаген.

Биологи проверили эффективность своего биопротеза, имплантировав его на место здорового межпозвоночного диска у нескольких крыс. Форма хрящей была рассчитана при помощи магнитно-резонансной и микрокомпьютерной томографии. Кроме того, ученые использовали особую популяцию крыс с "отключенным" иммунитетом для повышения успешности операции.

Как показал эксперимент, животные не потеряли своей подвижности через шесть месяцев после операции. Искусственный хрящ сохранил свою первоначальную высоту и не потерял формы. Кроме того, волокна коллагена успешно связались с окружающими их позвонками. Как считают ученые, это является признаком того, что имплантированный межпозвоночный диск стал частью позвоночника.

Авторы статьи, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, полагают, что их эксперимент показал возможность полноценной замены межпозвоночного диска, но при этом для практического применения подобных протезов в медицине необходимо решить ряд проблем.

MIGnews.com

http://www.mignews.com/news/health/world/020811_40853_40297.html

Татуировка будет мониторить организм человека

Инженеры разработали электронную "временную татуировку", которую можно использовать для мониторинга состояния организма и в качестве интерфейса "человек-компьютер". Исследователи университета Иллинойса продемонстрировали разработанную ими концепцию в виде комплекса электронных компонентов, в том числе датчиков, светодиодов, высокочастотных конденсаторов, беспроводных антенн, катушек индуктивности и солнечных батарей, нанесенных на тончайшую эластичную пленку.

Американцы разработали электронную "временную татуировку", позволяющую контролировать состояние организма.

Такую пленки наносят на тонкий слой водорастворимого пластика, после чего приклеивают к коже с помощью воды - также как временные татуировки. После наклеивания электронная татуировка может изгибаться, сморщиваться и растягиваться вместе с кожей. Толщина устройства настолько мала, что оно удерживается на коже без применения какого-либо клея, исключительно за счет действующих при плотном контакте поверхностей сил ван-дер-ваальсова взаимодействия.

Электронная татуировка может изгибаться, сморщиваться и растягиваться вместе с кожей.

На сегодняшнем этапе максимальная продолжительность жизни устройства на коже составляет около суток. Таким образом, предложенная концепция полностью исключает необходимость использования проводов, а также проводящих гелей, пластырей и прочих вспомогательных средств, что делает ее исключительно удобной для использования даже в труднодоступных местах организма.

CNews R&D

http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2011/08/15/451159

 http://www.eternalmind.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=3495&Itemid=2

Бионическая рука: что Mercedes подарил подростку?

Необычный подарок от компании Mercedes получил британский подросток: современную бионическую руку-протез стоимостью в 35 тысяч фунтов. Четырнадцатилетний Мэтью Джеймс родился без левой руки и до сих пор обходился обычным, грубым протезом. В интернете он прочитал о новых бионических протезах i-LIMB, которые дают возможность выполнять куда более тонкие движения, чем те "клешни", которыми он пользовался раньше, но денег на подобное технологическое чудо достать было негде.

Новый протез позволяет захватывать и удерживать различные предметы

Подобно многим сверстникам Мэтью увлекался автогонками формулы 1, так что он решил попытать счастья и написал письмо главам компании Mercedes. В нем он рассказал, насколько полнее стала бы его жизнь, если бы у него появился подобный протез. Что оказалось важнее - человеческое сострадание или грубый расчет - сказать сложно (скорее всего - и то и другое), но к удивлению молодого человека его кумиры пошли навстречу и купили ему столь желанную роботизированную руку. На самом протезе выгравирован логотип Mercedes, да и по прессе история разошлась в таких масштабах, что с лихвой окупила затраты компании на протез. Подарок был вручен гонщиком Михаэлем Шумахером.

i-LIMB производится британской фирмой Touch Bionics. Новая модель i-LIMB Pulse позволяет дополнительным усилием крепко захватывать предметы так, чтобы они не выпадали: для этого нужно послать несколько повторяющихся команд - пульсов. Причем датчики давления проследят за тем, чтобы захват был не слишком сильным и не слишком слабым. Человек может управлять либо движением отдельных пальцев либо запускать одну из множества заготовленных программ стандартных захватов и положений руки. Подобно другим бионическим протезам i-LIMB считывает активность сохранивших работоспособность мышц, обрабатывает их и переводит в команды управления. Многочисленные настройки параметров можно осуществлять через специальную программу, которая "общается" с рукой по Bluetooth.

Протез выпускается компанией с 2007-го года и уже помог улучшить контакт с реальностью более чем тысяче его обладателей. Благодаря такому протезу люди могут завязывать шнурки, обращаться со столовыми приборами, некоторые получили возможность вернуться к своей профессиональной деятельности. Мэтью еще предстоит овладеть довольно сложным процессом управления своей новой электронно-механической рукой, но, по его словам, он уже очень рад.

CNews R&D

Канадец вставил себе видеокамеру вместо глаза

Режиссёр и продюсер Роб Спенс (Rob Spence) проявил недюжинные смелость и фантазию. Он установил миниатюрную камеру в своей правой глазнице. На днях прибор был включён и успешно испытан. Новоявленный киборг намерен использовать необычный источник видеокадров в съёмках фильмов.

Житель Торонто не наносил себе телесных повреждений из любви к искусству. По информации Gizmag, когда Робу было девять лет, он серьёзно повредил свой правый глаз в результате неосторожного обращения с ружьём.

Долгое время канадец носил повязку на глазу, а шесть лет назад хирурги заменили ему отказавший глаз на простой протез, с которым он избавился от чёрной повязки и мог уже не смущать людей своим видом.

В то же время Спенсу пришла в голову идея заменить примитивный протез на крошечную видеокамеру. Задумка получила название Eyeborg Project («айборг», как нетрудно догадаться — комбинация английских слов «глаз» и «киборг»).

Микрокамера и протез-имитатор глаза (фото gizmag.com, Eyeborg Project).

Режиссёр нашёл понимание и поддержку у инженера Косты Грамматиса (Kosta Grammatis), изобретателя Мартина Линга (Martin Ling), специалиста по протезированию глаз Фила Боуэна (Phil Bowen), а также ряда учёных. Поучаствовать как в плане финансов, так и в плане разработки в данном диковинном предприятии решили и несколько промышленных компаний.

Коста Грамматис, основной разработчик протеза-камеры, ранее трудился в космической компании SpaceX инженером по авионике (фото gizmag.com, Eyeborg Project).

И вот недавно, после долгих лет опытов, проб различных прототипов, Роб осуществил свою мечту в полном объёме. Завершённый электронный глаз был установлен в его голове, активирован и опробован в деле (о чём было официально объявлено 26 августа 2011 года).

Роб заменил свой глаз на электронику не от хорошей жизни, но зато он стал знаменитостью. Ещё до испытаний финальной версии камеры журнал TIME включил проект Eyeborg в число 50 лучших изобретений 2009 года (фото gizmag.com, Eyeborg Project).

Сам Спенс не может напрямую видеть при помощи своего нового глаза. В отличие от разнообразных проектов искусственных сетчаток камера Eyeborg не посылает сигналов в мозг.

Вместо этого крошечный аппарат по беспроводному каналу отправляет картинку на портативный переносной экран. С этого прибора сигнал уже может быть переправлен на компьютер для записи и редактирования.

Камера содержит крошечный аккумулятор и передатчик (фото gizmag.com, Eyeborg Project).

После включения глаза Роб и его коллеги отсняли маленький документальный фильм о проекте и тестах инновации (его вы можете посмотреть по этой ссылке, внимание — там есть не слишком приятные кадры, как и в ролике по следующей ссылке).

Среди прочего в этом фильме рекламируется новая компьютерная игра Deus Ex: Human Revolution. Её создатель — японская компания Square Enix.

Этот разработчик игрового бестселлера Final Fantasy нанял Спенса по очень простой причине: главный герой Human Revolution — киборг с камерой в правом глазу. Как не воспользоваться появлением в мире реального такого человека!

Спенс рассматривает своё приобретение как возможность вывести на новый уровень документальную и художественную съёмку. Он также полагает, что эта разработка поспособствует продвижению исследований в области протезирования.

Когда-нибудь медики научатся соединять выходные провода такой камеры с глазным нервом, подобно тому, как это было показано в целом ряде фантастических фильмов. Команда Роба намерена поработать и в этом направлении. При помощи учёных и инженеров из разных институтов и компаний канадцы попытаются спрогнозировать — что нас ждёт в ближайшем будущем в этой области и так ли далеки от воплощения в жизнь фантазии режиссёров.

Мембрана

http://www.membrana.ru/particle/16658

http://www.eternalmind.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=3495&Itemid=2

Синтетический самоорганизующийся коллаген восстановит ткани

Исследователи из США достигли успехов в создании синтетического коллагена, по свойствам наиболее близкому к природному аналогу. Специалисты по созданию искусственных тканей, получающие их в лабораторных условиях в качестве «запасных частей» для организма испытывают необходимость в коллагене или замещающих его материалах в качестве «лесов» для выращивания клеток.

В настоящее время для восстановления биологических тканей используют коллаген, выделяемый из организма животных, чаще всего коров, однако использование животного коллагена повышает риск заражения биологического материала бактериями или вирусами, а также может приводить к возникновению нежелательного иммунного отклика при трансплантации искусственной ткани. Синтетические заменители коллагена, одним из которых является полимолочная кислота, не обладают всеми свойствами, характерными для природного коллагена.

Исследователи из группы Джеффри Харгетринка (Jeffrey Hartgerink) из Университета Райса (Техас) смогли модифицировать цепи, состоящие из остатков аминокислот, таким образом, что они получили возможность самоорганизовываться в наноразмерные фибриллы, которые, в свою очередь, суперспирализуются в большие по размеру волокна, которые, улавливая воду, образуют гидрогель – такая схема самоорганизации характерна и для природного коллагена.

Полученный исследователями из Техаса синтетический коллаген самоорганизуется по образу и подобию природного. (Рисунок из Nat. Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1123)

Уникальная особенность коллагена заключается в том, что он представляет собой фибрилльный полимер, субъединица которого состоит из 1000 аминокислотных остатков. Три цепи-субъединицы коллагена сплетаются, образуя тройную спираль, тройные спирали самоорганизуются, образуя волокна биоматериала.

Исследователи из группы Харгетринка решили воспроизвести иерархическую самоорганизацию природного материала. Для этого они получили цепи аминокислот, способные к самопроизвольному образованию тройных спиралей и, самое главное, обладающих концевыми группами, способными к электростатическому взаимодействию. Дизайн строения синтетических пептидов привел к тому, что отдельные нити-пептиды сплетались в тройные спирали, концы которых были способны к аттрактивному электростатическому взаимодействию, благодаря чему далее происходило образование более протяженных структур.

Затем удлиненные фибриллы сплетаются друг с другом (механизм такой самоорганизации пока еще не ясен) с образованием узелков, способных образовывать гидрогели, связывая воду. При контакте с ферментом-коллагеназой синтетический белок разлагается со скоростью, примерно такой же, с которой в этих условиях происходит расщепление природного коллагена. Это свойство также весьма важно для основы, потенциально используемой для выращивания трансплантационной ткани.

Шейла МакНил (Sheila MacNeil), специалист по получению искусственных тканей из Университета Шеффилда отмечает, что по крайней мере десятилетие попыток изучения химии коллагена и синтеза искусственного коллагена привело к определенному прогрессу в этой области, однако остаются открытыми вопросы, связанные с механизмом образования коллагеновых фибрилл и коллагеновых волокон.

Источник: Nat. Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1123 ChemPort.ru

http://www.chemport.ru/datenews.php?news=2562

Робототехника

Терминатор вышел на пробежку

После трех лет «обучения» и «травм», включая сломанные конечности, двуногий робот MABEL стал самым быстрым механическим бегуном в мире. Созданный командой инженеров из Университета штата Мичиган MABEL может бежать со скоростью 11 км/ч, имитируя движения человека.

Робот MABEL (см. видео) детально копирует физиологию человека: распределение веса, легкие гибкие ноги с пружинами, которые действуют как сухожилия и т.д. Как и настоящий бегун-человек, робот 40 % времени в ходе каждого шага находится в воздухе. У других гуманоидных роботов этот показатель не превышает 10 %. Добиться сходства с движениями человека удалось с помощью сложных алгоритмов, поддерживающих равновесие, они также позволяют роботу передвигаться по неровной беговой дорожке. Разработка MABEL имеет сугубо практическое применение – он должен стать основой для разработки экзоскелетов, которые будут точно копировать движения человека, наделяя его «суперспособностями». В таких механизированных костюмах люди не будет чувствовать скованности движений и смогут часами без устали бежать или работать с тяжелыми предметами.

Также MABEL может стать шасси для человекоподобных роботов, которые самостоятельно или с помощью управления из виртуальной реальности смогут выполнять опасную для человека работу. Морфология человека позволяет MABEL подниматься по лестнице, быстро преодолевать прямые участки и маневрировать в условиях, непреодолимых для роботов на колесах или гусеницах.

Разработчики также видят большие перспективы в использовании технологии MABEL для создания нового вида транспорта, который сможет передвигаться по любому бездорожью. Огромные перспективы и в военной сфере – в качестве практически идеального носителя оружия, который сможет действовать вместе или вместо пехотинца.

CNews R&D,

http://rnd.cnews.ru/tech/news/line/index_science.shtml?2011/08/19/451879

Японцы научили робота использовать знания по ситуации

Константин Болотов

new Ya.share({element: 'ya-share', elementStyle: {type: 'link', text: 'Поделиться', quickServices: []}}); Эта исследовательская работа идёт не первый год, и конца-края ей не видно. Скромные промежуточные достижения и дальше оставались бы в тени, если б в лабораторию не нагрянули голодные до сюжетов в разгар лета телевизионщики (фото DigInfo TV).

Успехами в разработке искусственного интеллекта поделилась группа учёных Токийского технологического института. Их подключённый к нейронной сети робот решает задачу, основываясь на ранее полученных базовых знаниях и опыте с учётом сенсорной информации.

Как сообщает DigInfo TV, в лаборатории Осаму Хасегавы (Hasegawa Lab) учёные создали «самоорганизующуюся инкрементную нейронную сеть» (SOINN). К ней исследователи подключили робота HIRO от компании Kawada Industries, который теперь «может думать».

Прогресс японцы демонстрируют на хрестоматийном примере – кошмарной для любого родителя ситуации «некому стакан воды подать».

Перед роботом ставится задача вручить человеку стакан холодной воды. Машина имеет только базовые знания о стакане, воде, льде, а также обладает навыками обращения с этими предметами. Робот обязан решить, какие действия следует совершить и в каком порядке.

Это означает, что HIRO, набрав из бутылки в стакан воды, должен понять, что у него заняты обе руки, а значит, чтобы взять кубик льда и бросить его в воду, бутылку надо поставить на стол. Опыт представлен в девятиминутном видео, которое датировано 17 июля.

Робот HIRO выглядит вполне современно и пока ни в чём не устарел, однако у создавшей его фирмы Kawada Industries есть машины NEXTAGE, которые новее, краше и страшнее (фото DigInfo TV).

"Наш робот оперирует только базовыми знаниями. Если машина чего-то не знает, она останавливается и признаётся: «Я не могу этого сделать, потому что я не знаю как». В реальном мире с быстро меняющимися условиями искусственный интеллект таким и должен быть. Ему необходимо иметь механизм обучения, который даёт возможность учиться новому на месте, приспосабливаться к ситуации. И в качестве алгоритма для достижения этой цели нужна нейронная сеть, – рассказывает Осаму Хасегава.

– Сеть SOINN получает сенсорную информацию не только от робота, но и из Интернета и от других машин. Представим, что андроид попал в услужение к одинокому пожилому человеку и тот попросил чашку зелёного чая. Если наш робот не знает, как приготовить чай, он может попросить помощи у других роботов со всего мира и те поделятся с ним своими знаниями и опытом".

Подробности своих экспериментов Хасегава (в центре) с коллегами изложили в статье и PDF-презентации (фото DigInfo TV)

Источник:. http://www.membrana.ru/particles/tag/106

Японцы показали новое поколение робота-медбрата

Константин Болотов,

new Ya.share({element: 'ya-share', elementStyle: {type: 'link', text: 'Поделиться', quickServices: []}}); По информации сайта Plastic Pals, коммерческая версия «Рибы» должна быть готова к 2015 году и будет продаваться за 6 миллионов иен ($77 тысяч или 2 170 000 рублей) (фото RIKEN).

Главное отличие второй версии робота от первой – машина может поднимать человека на руках не только с кровати, но и с пола. А главное сходство машин двух поколений в том, что новичок такой же катастрофически медлительный.

Первый экземпляр медведроида RIBA (Robot for Interactive Body Assistance), который стал преемником андроида RI-MAN, японский институт RIKEN и компания Tokai Rubber Industries (TRI) явили миру в августе 2009 года. Мы подробно рассказывали об этом.

Новая версия RIBA -II, несмотря на кажущуюся идентичность, обладает целым рядом отличий. Так, «Риба» стал ниже на 3 см (теперь его рост – 137 см, ширина – 82, глубина – 103 см) и потяжелел со 180 до 230 кг.

Заряда никель-металлогидридных батарей робота хватает на два часа (иллюстрация RIKEN).

Руки по-прежнему имеют по семь степеней свободы каждая, но голова получила три степени взамен одной. Плюс есть две «свободы» в талии и три – в мобильной платформе. Итого робот обладает 22 степенями (немало, но и немного; например, у гуманоида ASIMO 34 «свободы»).

Робот ездит благодаря четырём электродвигателям, приводящим четыре всенаправленных колеса (иллюстрация RIKEN).

Отныне RIBA наделён новым механизмом с системой противовесов, который сделал робота более гибким в суставах (для наклона к полу и действий на этом уровне) и увеличил грузоподъёмность на 30%. «Медведь» первого поколения поднимал на руках человека весом до 61 кг, вторая генерация тягает до 80 кило.

По примерным подсчётам, на подъём 80-килограммового тела с пола роботу требуется вечность (фото RIKEN).

Разработчики говорят, что медсёстрам приходится перекладывать пациентов с инвалидной коляски на кровать и обратно по 40 раз в день. Робот не сможет заменить санитарок, но в состоянии помочь им в качестве деликатного подъёмника.

Управлять «Рибой» медик может, беря робота под локоток, – трогая и передвигая машину за её руки, на которых (а также на предплечьях) размещены недавно разработанные гибкие резиновые датчики SR (Smart Rubber). Причём один такой тактильный сенсор скрыт на груди медведроида, а на спине у него действует чувствительный к прикосновениям дисплей. Кроме того, RIBA–II понимает голосовые команды.

На снимках вверху – неприкрытые SR-датчики на груди и руке «Рибы». По сути это два слоя напечатанных электродов и проводков, разделённых слоем резинового диэлектрика.

Ниже показаны пружины в спине, улучшившие гибкость. Они называются «Power assist springs» (фото RIKEN).

RIKEN и компания TRI объявили, что благодаря «второй Рибе» ещё на шаг приблизились к своей цели – предоставлению высококачественной медицинской помощи пожилому населению Японии, численность которого приблизилась к отметке 5,5 миллиона человек.

Следует заметить, у «Рибы» есть конкурент в США. Что характерно, он тоже в некотором роде медведь, ведь робот зовётся BEAR. Этот проект, изначально заточенный под военных, в настоящий момент собирает пожертвования на своё развитие.

Источник: http://www.membrana.ru/particles/tag/106

Информационные технологии

Инженеры придумали новый способ получения тока из ходьбы

Электропроводящая жидкость помогла американским учёным создать прибор, который мог бы подзаряжать практически любые персональные устройства на ходу. В прямом смысле. Проведённые несколько лет назад исследования показали, что при каждом соприкосновении стопы человека с землёй генерируется порядка 20 ватт. Между тем большинству мобильных устройств для стабильной работы достаточно от 1 до 15 ватт.

Инженеры вот уже несколько лет пробуют перенаправить пропадающие энергетические мощности в полезное русло. Но до сих пор никому не удавалось получить сколько-нибудь значимый выход. Пьезоэлектрические материалы, генерирующие ток при изменении формы, отдают лишь сотни милливаттов, а этого недостаточно для подзарядки батарей.

На переднем плане концепт устройства, которое будут встраивать в обувь (иллюстрация InStep NanoPower).

Том Крупенкин (Tom Krupenkin) и Эшли Тэйлор (Ashley Taylor) из университета Висконсина в Мэдисоне пошли другим путём. Они воспользовались технологией электросмачивания (electrowetting) и максимально сблизили электроды, чтобы повысить мощность гипотетического персонального зарядного устройства, встраиваемого в обувь, до 10 ватт.

В 1992 году Том закончил МФТИ. На сегодняшний день Thomas Nikita Krupenkin — обладатель 12 патентов (фото UW Madison).

Электросмачиванием физики называют процесс, когда капля электропроводящего вещества, помещённая на электрод, начинает деформироваться под действием заряда (смачивать поверхность). В некоторых случаях электроды покрывают диэлектрическим материалом, который не проводит ток, но поляризуется во внешнем электрическом поле.

Том и его коллеги надумали повернуть процесс вспять: заставить деформированную каплю, зажатую меж двух пластин, покрытых диэлектриком, генерировать заряд и, как следствие, электрическую энергию. «Мы решили сделать из мотора электрогенератор», — сравнивает учёный.

Чтобы проверить, насколько такой подход имеет право на жизнь, инженеры поместили вдоль каналов шириной несколько миллиметров электроды, покрытые тонким слоем диэлектрического оксида тантала. Капли из ртути и галинстана послужили генератором электрического заряда, который при помощи резистора был конвертирован в переменный ток.

Схемы, показывающие капли, зажатые между осциллирующими пластинами (a), скользящими друг относительно друга пластинами (b), в микроканалах (c). Рисунок d иллюстрирует генерацию тока в ходе обращённого процесса электросмачивания. В центре: схематическое изображение будущего устройства в подошве ботинка и на примере одной капли. Внизу: фотография капли, зажатой между электродами. Масштабная линейка – 0,5 миллиметра (иллюстрации Nature).

Выход полученной энергии возрастал пропорционально количеству капель, пишут учёные в статье в журнале Nature Communications. На данный момент американские физики не могут похвастаться серьёзными успехами: 150 капель дали всего лишь несколько милливатт.

Но экстраполяция показала, что тысяча капель (которые могут разместиться на площади 40 квадратных сантиметров) сможет генерировать мощность 10 ватт. Этого уже достаточно для подпитки мобильника, военного радиоприёмника или GPS-навигатора и даже небольшого ноутбука. Нужно будет лишь потоптаться на месте, и проблема севшей батареи отпадёт сама собой.

Разработчики также предлагают запихнуть в кроссовки и ботинки точку доступа Wi-Fi, таким образом, считают авторы, можно снизить энергозатраты мобильных устройств на поддержку беспроводной сети (иллюстрация InStep NanoPower).

Крупенкин запатентовал своё изобретение и создал компанию InStep NanoPower для коммерциализации будущей разработки. Возможными покупателями готового продукта он называет жителей развивающихся стран, которые не имеют постоянного доступа к общей энергосети.

Однако учёным ещё предстоит очень постараться, чтобы сделать первый рабочий прототип устройства, который был бы встроен в обувь и при этом выдавал бы достаточную мощность (по планам на это уйдёт два года).

Мембрана

http://www.membrana.ru/particle/16638

Сверхпроводящие схемы можно рисовать рентгеном

Ученые нашли способ «рисовать» сверхпроводяшие цепи с помощью дешевых «чернил». Исследователи из центра Лондонского центра нанотехнологий и Римского университета Ла Сапиенца разработали технологию создания сверхпроводящих структур с помощью рентгеновского луча, что в перспективе позволит изготавливать крошечные сверхпроводники для совершенно нового поколения электронных устройств.

Сверхпроводимость - это особое состояние, при котором материал проводит электричество без сопротивления, то есть энергия в проводнике впустую совершенно не расходуется. Исследовательская группа продемонстрировала возможность создания сверхпроводящих высокотемпературных проводников с помощью дешевых и распространенных материалов – меди и кислорода, а также более тяжелого редкоземельного лантана.

Новый метод изготовления сверхпроводников представляет собой «рисование» структур в двух измерениях путем перестройки атомов кислорода в материале. Теперь ученые не только в состоянии «нарисовать» сверхпроводники с размерами намного меньшими, чем ширина человеческого волоса, но и стереть эти структуры с помощью термической обработки. При этом процесс записи и стирания происходит с высокой точностью, всего в несколько простых шагов и без традиционного химического травления. Уникальные качества новой технологии будут особенно востребованы в изготовлении топливных элементов и катализаторов, в которых содержатся атомы металлов и кислорода.

Но главное: изобретение открывает путь к созданию на основе сверхпроводников новых электронных устройств, в частности перезаписываемых сверхпроводящих логических схем. Они могут стать ключом к быстрому решению сложных задач, вроде пресловутой «задачи коммивояжера», которые лежат в основе многих современных основных вычислительных проблем.

CNews R&D

http://rnd.cnews.ru/natur_science/news/line/index_science.shtml?2011/08/26/452839