Открытие дня:

#Научная_среда на масленичной неделе всегда выпадает на «Лакомки» 😀

В былые времена в этот день было принято много есть и угощаться. Считалось, что чем более разнообразный и щедрый стол, тем удачнее сложится год для всей семьи. Ну и, конечно, зятья наведывались к тещам.

Напомню и вам, что Масленица – это не только блестящие от блинов губы, но и сложные химические процессы: денатурация белков, гашение соды при смешивании с уксусом, а само приготовление – работа с двухфазной гетерогенной системой.

А раз мы так близки к науке, почему бы не экспериментировать? Благодаря такому подходу за свою жизнь я узнал, что с помощью кофе в составе теста можно придать блинам коричневый отлив. А если захотите пузырчатую структуру, то добавьте кефир, Боржоми или Нарзан.

Ну и для ваших свершений – научных и кулинарных, закончу искусством. Перед вами полотно Андре Анри Даржеласа «Выпечка блинов». Давайте радоваться, как дети на этой картине. И, конечно, делитесь своими открытиями в области блинной науки🥞

Хотели бы вы иметь возможность, покупая лотерейный билет, видеть числа, которые точно выпадут? #Научная_среда сегодня примерно про такое открытие: только вместо лотерейных билетов – бензин, а вместо счастливых чисел – его октановое число.

Российские ученые нашли новый способ определять состав популярного топлива совершенно экологичным (и буду честным, очень эффектным) способом.

Напомню, что в бензине несколько десятков видов ароматических соединений — органических веществ с углеродным кольцом. По их составу определяется марка – вы эти числа видели на каждой заправке (АИ-92, АИ-95, АИ-98).

Так вот, номер – это октановое число. Чем оно выше, тем более полно и равномерно сгорает бензин. Ошибка в выборе топлива может стоить дорого: если ароматических соединений слишком много, то образуется нагар, который быстро изнашивает двигатель. Если мало – то это может привести к механической поломке.

Сейчас для определения состава бензина используется так называемая высокоэффективная жидкостная хроматография. Топливо разделяют на фракции при помощи таких веществ, как гексан, хлористый метилен или ацетонитрил. Только одно предприятие, которое проводит такие проверки, за год производит 30 литров токсичных отходов.

Но российские ученые предложили использовать для анализа специальное вещество-люминофор, который светится в зависимости от содержания отдельных компонентов бензинов.

Это соединение авторы получили, смешав пиррол — органическое соединение в виде кольца из атомов углерода и азота — и бензальдегид, углеродное кольцо с кислородом и некоторыми другими атомами. 

В итоге у человечества в копилке появился новый (соответствующий принципам устойчивого развития) способ определять вид бензина с погрешностью всего в 3%, а у наших соотечественников – новая публикация, с оригиналом которой можно ознакомиться по ссылке.

🚨Химики придумали новое соединение, испускающее красный свет

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета и Института химии силикатов имени И.В. Гребенщикова создали новые неорганические люминофоры (это такие вещества, которые могут преобразовывать поглощаемую энергию в свечение).

Все благодаря боратам – солям борной кислоты. Добавив к бору висмут, стронций и европий, получились соединения, которые можно применять в красных светодиодных лампах. По оценкам ученых, результат соответствует коммерческим стандартам. Да, есть и такие стандарты…

Практическая польза очевидна, а теперь технологическое объяснение, ради чего и выходит (с мемами и отсылками на комедии нулевых, как в этот раз) еженедельно #Научная_среда.

Чтобы выяснить, как именно соединяются атомы в таких соединения, и почему они святятся красным, а не зеленым…. Есть стандартные для ученых методики изучения подобных материалов… не буду о них…

Но для тех, кто все же хочет понять и простить пролить еще больше света на это открытие, советую первоисточник. Статью можно прочитать в журнале Solid State Sciences.

⚠️Обшивка вашего дома изношена на 12% ⚠️

Хотели бы получать точные прогнозы об изменении состояния материалов, которые вас окружают?

На шаг ближе к такому сервису мы стали благодаря ученым НИТУ МИСИС, Сколтеха и МАИ. Вооружившись микроскопом, они наблюдали, что происходит при деформации с маленькими пластинками углепластика толщиной 0,5 мм.

Обычно прочность углепластиковых композитов измеряют иначе: берут большой материал и буквально его ломают. А тут исследование происходит на уровне отдельных волокон и эпоксидной матрицы. Ученые, ставшие героями рубрики #Научная_среда, фиксируют результаты воздействия на цифровые камеры. С помощью алгоритмов, анализирующих видеоданные, эксперты увидели нюансы деформаций и определили типы дефектов, которые могут ухудшить свойства исследуемого материала.

Если переводить открытие в денежный эквивалент, то сразу несколько отраслей ждет сокращение расходов – ведь это исследование поможет усовершенствать разработку деталей для самолетов, транспорта, космической техники, строительных материалов, спортоборудования. И тут правило «что сэкономили – то заработали» действует!

Не верите? Прочитайте статью в журнале Fracture and Structural Integrity.

Ну а пока проходит конкурс, #Научная_среда наступает, и сегодня рубрика подстать коллеге, с которым вас познакомил. Ведь посвящена она изобретению на стыке медицины, науки и огромных коммерческих перспектив.

Исследователи (среди который Игорь Ефимов, кардиолог из Северо-Западного университета) разработали необычайно маленький, саморастворяющийся временный кардиостимулятор, который питается жидкостями организма.

1,8 миллиметра в ширину, 3,5 миллиметра в длину и 1 миллиметр в толщину, поэтому вводить его можно через шприц без операции.

Таких габаритов удалось добиться благодаря химии и инженерии. Ученые заменили классическую батарейку на гальванический элемент – тип батареи, которая преобразует химическую энергию жидкостей нашего тела в электрическую. В оригинальной конструкции два разных металла используются в качестве электродов для генерации и передачи электрических импульсов в сердце.

Работает он благодаря оригинальной системе световой активации. Крошечный кардиостимулятор имплантируется в сердце, а внешнее портативное устройство, которое размещается на груди пациента, постоянно следит за сердечным ритмом и при обнаружении нарушений автоматически испускает импульсы инфракрасного света, которые напоминают маленькому прибору, зачем его поместили в организм.

Ученые уверены – такая методика поможет не только ритмам тысяч сердец. Новаторская технология открывает широкие возможности для биоэлектронной медицины, которые выходят далеко за рамки кардиологии, включая применение для заживления нервов и костей, лечения сложных ран и блокирования хронической боли.

🛢Химия позволит добывать больше черного золота

#Научная_среда сегодня о богатом.

Ученые из Казанского (Приволжского) федерального университета разработали новый катализатор. Он значительно повышает эффективность добычи «дешевой» тяжелой нефти. Научное исследование можно изучить на странице Journal of Analytical and Applied Pyrolysis. 

Тяжелая нефть – это природный ресурс, который играет важную роль в мировой энергетике, особенно сейчас, когда легкой нефти становится все меньше. Тяжесть продукта объясняется наличием в нем асфальтенов, смол и других органических соединений. Из-за этого она очень вязкая, что сильно усложняет добычу.

Обычно в нефтяной пласт закачивают горячий пар, после чего черное золото разогревается и становится более текучим. Но попробуйте представить, как это масштабно, а главное – как дорого обходится каждый день такой добычи?

Коллеги решили создать катализатор из железа и никеля, чтобы процесс проходил быстрее. После лабораторных исследований ученые отправились к скважине Аксеновского месторождения в Самарской области. В итоге – за четыре месяца добычи с использованием катализатора нефть не только стала легче, но и содержание в ней воды (которая сильно мешает очистке сырья) снизилось с 99% до 30%.

Но важно понимать – решение для одного месторождения не подойдет для других. Поэтому под каждое другое место добычи рецепт из железа и никеля придется подбирать свой. Вот такие правила высокой кухни в мире углеводородов.

Ну раз сегодня обсуждаем перспективу отключения мобильного интернета в столице, пусть #Научная_среда станет подорожником на раны наших технологических душ. Ведь в рубрике расскажу, как ученые создают материал, который поможет достигнуть стандарта связи 6G.

Ученые из Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского, Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН и британского Университета Эксетера смоделировали метаматериал, который обеспечит частоту передачи до 30 гигагерц (и это не предел).

Данные между большинством существующих приборов передаются благодаря переносу зарядов — току электронов. Однако движение этих частиц вызывает нагрев оборудования и потери энергии.

Изменить ситуацию поможет спинтроника – технология, при которой информация передается с помощью спиновых волн. Спин – это мгновение, когда у элементарной частицы есть собственный момент импульса. Он под действием магнитного поля вырабатывает энергию, но при этом не перемещается (и не нагревает этим движением проводник).

Но как найти материал, который позволит обеспечить такой «аттракцион» для электронов? На помощь пришла британская программа MaxLLG – она просчитала свойства веществ. Авторы выбрали ферромагнитную матрицу, которая обладает собственной намагниченностью. И заряжается она за счет неиспользованной энергии спинов. Проткнув ее тонкими металлическими стержнями и меняя магнитное поле, удалось передать информацию.

Дальше ученые планируют проводить исследования с другими перспективными материалами и увеличить частоту с 30 ГГц до нескольких тысяч. Только пообещайте, даже если технологии шагнут так далеко, вы не разучитесь говорить по обычной телефонной связи. Как показывает практика, информационный мир хрупкий, как яйцо Фаберже. 😅

Вылечить опухоль мозга, просто понюхав лекарство?

Будущее фармакологии, если не наступило, то стало сильно ближе благодаря открытию специалистов Томского политехнического университета.

#Научная_среда про новый способ доставки препаратов прямо к мозгу через… обонятельные нейроны. Результаты опубликованы на странице журнала ACS Applied Nano Materials.

В центральную нервную систему могут проникать различные вирусы и токсические агенты. По этому маршруту ученые решили отправить наночастицы – перевозчиков лекарственных препаратов в опухоль мозга (глиобластома). Но чтобы «тоннель» был свободен, необходимо стимулировать обонятельную систему.

При исследовании на храбрых лабораторных мышах для доставки использовали раствор феррита марганца. Результаты показали, что наночастицы проходят путь от главной обонятельной луковицы до глиобластомы за 12-96 часов. Чтобы ингаляция проходила приятнее, лекарство покрывали аэрозолем ацетофенона. Для человека он похож на сладкий аромат черемухи.

Эффективность такой передачи была в шесть раз выше по сравнению с введением тех же наночастиц внутривенно. Также заметно снижаются побочные эффекты из-за меньшей дозы.

Важно, что этот механизм может быть применен для лечения не только опухолей. «Оздоровительный вдох» может помочь пациентам с болезнью Паркинсона, деменцией и даже депрессией.

🤸‍♂️Новый метод восстановления хрящей придумали российские ученые

Если бы #Научная_среда имела музыкальное наполнение, то этот текст сопровождала мелодия страдающих суставов. Но только потому, что кажется – у этой проблемы песенка спета.

Исследователи из РТУ МИРЭА и медицинского исследовательского центра трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова разрабатывают инновационную технологию к регенерации хрящевой ткани.

Повреждения суставного хряща — одна из самых распространенных проблем опорно-двигательного аппарата, от которой страдают миллионы людей. Обычно терапия просто замедляет разрушение ткани, но не восстанавливает ее полностью. Новый подход предлагает буквально встать на ноги при помощи биосовместимой 3D-мембраны.

Как она выглядит – берется свиной хрящ и из него удаляются все, что напоминало о поросячьем происхождении. В ход идут комбинации разных поверхностно-активных веществ, ультразвук и ферменты. На выходе получается ткань с естественной структурой, которую не просто не отторгает иммунитет – он начинает с мембраной работать в команде.

Но это пока на этапе исследований. Если метод покажет свою безопасность и эффективность, то биоимпланты для восстановления суставов будут производить под заказ – индивидуально под каждого нуждающегося.

Представьте, сколько людей получат возможность двигаться? А сколько травмированных спортсменов смогут совершить камбэк в карьере?

Держим кулачки, поддерживаем коллег ученых и не обижаем хрюшек🐷

❗️Хозяйкам на заметку: Растительное масло поможет очистить пляжи от мазута

#Научная_среда сегодня про наболевшее для отечественной экологии и гениальнейшее – от российских ученых. Федеральный исследовательский центр проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук предложил необычную технологию очистки сильно загрязненных грунтов. Заявка на регистрацию изобретения уже подана.

Суть состоит в том, чтобы опасный мазут можно растворить экологически безопасными растительными маслами.

Когда песок и мазут соединяются, то через определенное время получается смесь, которую просто так уже не разделить. А вот если пролить на эту проблему свет подсолнечное, рапсовое или кукурузное масло, то в этих химико-абьюзивных отношениях гораздо проще поставить точку.

Во-первых, вязкость мазута падает, во-вторых – песок начинает легче извлекаться. Авторы исследования экспериментально подтвердили высокую – до 99,8 % – степень очистки.

Но и на этом сюрпризы открытия не заканчиваются. Мазутосодержащее масло затем можно использовать: например, как топливо для обогрева помещений или для получения электроэнергии при работе перерабатывающей установки.

Поэтому все, кто разводит руками в вопросах экологии из-за неимения годных идей – вы просто не умеете их готовить. 😉

Философский камень, подвинься!

Химики придумали катализатор, который превращает углекислый газ в ценные для отрасли продукты.

#Научная_среда сегодня про неожиданный способ получения органических молекул, которые применяются при синтезе лекарств и парфюмерии. И получаются новые вещества из того, что мы с вами выдыхаем.

Химики из Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики» вместе с зарубежными коллегами, кажется, переплюнули даже алхимиков. Они взяли железо, кобальт, никель и медь, затем соли этих металлов растворили в воде, обработали аммиаком и нагрели. Осадок прокалили до 800°C, благодаря чему получились наночастицы с желаемой кристаллической структурой, которую нанесли на оксид графена.

Но это только «начало рецепта». Катализатор поместили в камеру, в которой углекислый газ может быть электрохимически восстановлен до органических соединений. Спустя какое-то время на выходе получили метилбутанол и метилбутанон – важные составляющие фармацевтических препаратов, ароматизаторов и растворителей.

А самое приятное, что, по сути, это открытие перспективно не только для промышленности, но и для экологии. Да и задумайтесь: избавиться от парникового углекислого газа и богатеть – все равно, что монетизировать собственное дыхание. Исследование можно прочитать на странице The Journal of Physical Chemistry Letters.

🔋Батарейка, которую можно налить в ведро

#Научная_среда сегодня про химические аккумуляторы, а именно – про важнейшее в этой сфере открытие, сделанное нашими соотечественниками. Они создали материал, который, возможно, станет основой для батарей нового типа.

Ученые из Санкт-Петербургского государственного университета решили важный вопрос – произвели полимер, который крепко соединен с хинонами. Последние – это такие накопители энергии на основе органических соединений, работающие за счет окислительно-восстановительных реакций.

Проблема хинонов в том, что они отвратительные проводники. И чтобы сделать из них аккумулятор большой емкости, нужно было их соединить с полимерами. Подобное делали и раньше, но получалось достаточно дорого. Ровно до момента, пока за дело не взялись петербургские коллеги.

Они взяли хинон и полимер, поместили их в органический растворитель, который с определенной периодичностью били током. Произошла полимеризация и на выходе удалось получить сополимер, где содержание гидрохинона достигло 66%.

Созданный материал может использоваться в водных органических батареях и тем самым снизить зависимость от дорогих и экологически вредных материалов, таких как свинец и кобальт. Кроме того, подход может пригодиться и для увеличения жизни классических свинцово-кислотных батарей.

Посмотрим, во что это все выльется

#Научная_среда сегодня такая, что ее отлично можно подать к чаю. Ведь наши соотечественники разработали «электронные языки», способные распознавать сорта этого напитка.

Но открытие совсем не ради развлечения и даже не дегустации для. На самом деле, сложный прибор для анализа нужен, чтобы спасать жизни – определять, болен человек или здоров, или, например, отличить поддельную еду от настоящей.

Все благодаря нескольким электродам – проводникам тока. Когда их погружают в раствор и включают, каждый «электровкусовой» рецептор дает «отклик», зависящий от того, какие вещества содержатся в жидкости.

Такие приборы уже существуют, но обычно очень дорогие. Ситуацию на рынке анализаторов изменит исследование коллег из Института элементоорганических соединений имени А.Н. Несмеянова РАН.

Ученые покрыли электроды тонкими пленками из соединений, состоящих из разных ионов металлов (цинка, меди, никеля и железа) и органических молекул, образующих пористую структуру.

Благодаря разнообразию размеров и форм каждая такая пленка становится избирательным барьером, определяющим вещество по калибру молекулы. Это позволяет электроду регистрировать сигнал только от «своей» группы веществ в изучаемой жидкости.

🫖А эксперимент прошел в формате чаепития! 93 электро-дегустатора прошли обучение на множестве приготовленных напитков – модель стала определять разные сорта чая с точностью до 76%. В перспективе приборы должны будут не только чаевничать, но и, например, считать количество антител к вирусам. И все это – в тысячи раз дешевле аналогов.

#Научная_среда сегодня про то, как перечень самых точных устройств на планете дополнился разработкой отечественных ученых.

Исследователи из Казанского (Приволжского) федерального университета разработали высокочувствительный ДНК-сенсор – аппарат для подбора дозировки противоопухолевых препаратов.

За основу взяли композитный материал, состоящий из восстановленного оксида графена и красителя полипрофлавина, способного взаимодействовать с ДНК. Его нанесли на электроды, а затем «закрепили» на них молекулы ДНК, которые были необходимы для определения антрациклиновых препаратов.

Эксперименты показали, что устройство определяет такие лекарства в концентрациях, намного меньших, чем используемые в противораковой терапии.

В будущем это позволит врачам оперативно корректировать дозу противоопухолевых препаратов и снизить риск осложнений. Ну а сейчас перед учеными новая непростая задача – масштабировать открытие: уменьшить габариты оборудования и увеличить количество препаратов, которые опознает сенсор.

#Научная_среда сегодня про робота-стеклодува, изобретенного в стенах СПбПУ.

Он построен по принципу большой автоматической горелки, способной работать с кварцевым стеклом. От обычного оно отличается прочностью, за которую при производстве приходится платить: частицы оксида кремния, которые вылетают при термической обработке кварцевого стекла, могут приводить к неизлечимому заболеванию легких – силикозу.

Но если бы не работа с этим материалом, мы бы лишились с вами оптических приборов, элементов электротехники и химической посуды (а куда мы без нее?).

До сих пор не существовало станков, позволяющих формировать из нагретой трубы изделия нужной формы, а участие людей в производстве снижало качество – из-за человеческого фактора изделия не получаются идеально одинаковыми.

Новый робот по оценкам его создателей увеличит производительность цеха в 2-3 раза, при этом количество брака должен сократить с 25 до 5 процентов.

Но особенно приятно, что в создании новой инженерной конструкции наравне с учеными участвовали и студенты СПбПУ. С таким портфолио любой работодатель примет выпускника вне очереди.

Любое тайное становится явным

Истина где-то рядом

… и множество других крылатых фраз никогда не вызовут того ощущения, что испытываешь, когда человечество решает сложную задачу.

#Научная_среда сегодня про такое решение – над которым бились больше 50-ти лет.

Касается оно математического моделирования. Представьте, что вы пытаетесь рассчитать, как остывает чашка кофе. В реальности температура меняется непрерывно, но компьютеру для подсчета приходится делать множество маленьких «шагов».

Машина считает, как температура изменится за секунду, за две, за три… Чем больше шагов делает компьютер, тем точнее модель, но тем дольше длится подсчет.

В 1968 году Пол Чернов предложил именно такой «шаговый» метод для самых разных задач – от расчета скорости теплопередачи до описания квантовых процессов. Но никто не знал, сколько «шагов» нужно сделать, чтобы ошибка стала, скажем, меньше 1%.

Ответ нашли в Нижнем Новгороде математики Олег Галкин и Иван Ремизов из ВШЭ. Ученые вывели элегантную формулу (подробнее в исследовании) по которой можно заранее прикинуть, сколько итераций хватит, чтобы ошибка уложилась в нужные рамки.

Теперь инженеры, программисты и ученые могут уверенно планировать расчеты – сколько времени займет моделирование теплового процесса в двигателе или эволюции квантовой частицы.