Край Будущего

Команда исследователей под руководством Университетского колледжа Лондона (UCL) и Имперского колледжа Лондона впервые продемонстрировала, как антибиотики полимиксины преодолевают защитную "броню" вредных грамотрицательных бактерий. Результаты, опубликованные в журнале Nature Microbiology, могут способствовать разработке новых методов лечения бактериальных инфекций, особенно в условиях роста устойчивости к антибиотикам, которая ежегодно приводит к смерти более миллиона человек.

Полимиксины, открытые более 80 лет назад, применяются как последнее средство против инфекций, вызываемых грамотрицательными бактериями с внешним слоем, препятствующим проникновению антибиотиков. Хотя известно, что полимиксины влияют на этот слой, механизм разрушения и уничтожения бактерий оставался неясным.

В исследовании с использованием высококачественных изображений и биохимических экспериментов показано, как полимиксин B вызывает быстрые бугорки и выпуклости на поверхности клеток E. coli. В течение минут за этим следует сброс внешней оболочки. Антибиотик заставляет клетку чрезмерно производить и сбрасывать защитный слой, что приводит к брешам, позволяющим проникновение и уничтожение бактерий.

Ключевой вывод: процесс эффективен только для активных клеток. Спящие бактерии, не производящие оболочку, устойчивы к антибиотику. Это объясняет, почему бактерии могут выживать в неблагоприятных условиях, включая антибиотикотерапию, и вызывать рецидивы.

Соавтор исследования доктор Эндрю Эдвардс из Имперского колледжа отметил: "Антибиотики этого класса действуют только с участием самих бактерий; в состоянии покоя они бесполезны, что противоречит прежним предположениям".

Профессор Барт Хугенбум из Лондонского центра нанотехнологий UCL подчеркнул: "Полимиксины — важная защита от устойчивых инфекций. Результаты помогут повысить их эффективность, например, комбинируя с методами, стимулирующими активность бактерий".

Эксперименты проводились с использованием атомно-силовой микроскопии для наблюдения в реальном времени. Активные клетки E. coli погибали от полимиксина B, тогда как спящие оставались невредимыми. Добавление сахара пробуждало клетки, но требовало 15-минутной задержки для возобновления производства оболочки, после чего антибиотик становился эффективным.

Соавтор Каролина Боррелли из UCL отметила: "Изображения показывают, как полимиксины разрушают броню, заставляя клетку производить 'кирпичи' стенки с такой скоростью, что она рушится".

Доктор Эд Дуглас из Имперского колледжа добавил: "Разрушение происходило только при потреблении сахара, что помогло понять механизм".

Профессор Боян Бонев из Ноттингемского университета заключил: "Работа раскрыла скрытые аспекты бактериальной физиологии и морфологии под стрессом, помогая лучше понять их уязвимости".

Исследователи планируют использовать эти данные для улучшения оценки эффективности антибиотиков, учитывая состояние бактерий.

Проводящие нанокомпозиты на основе полимеров, особенно с углеродными нанотрубками (УНТ), перспективны для гибкой электроники, мягкой робототехники и носимых устройств. Однако УНТ склонны к агломерации, что затрудняет равномерную дисперсию, а традиционные методы ограничивают контроль над их распределением и формой.

Для преодоления этих проблем исследователи используют аддитивное производство (AM) или 3D-печать, такую как фотополимеризация в ванне (VPP), которая обеспечивает высокую свободу дизайна и точность.

В VPP свет избирательно отверждает слои чернил в резервуаре, формируя объект послойно. Но присутствие УНТ ухудшает качество печати и свойства отверждения, а достижение высокой эластичности и проводимости остается вызовом.

Команда под руководством профессора Кеун Парка и доцента Сунджэ Пе из кафедры проектирования механических систем Сеульского национального университета науки и технологии (Южная Корея) успешно создала высокопрочные проводящие нанокомпозиты на основе УНТ с помощью VPP.

"Наши нанокомпозиты оптимизированы для VPP, позволяя создавать сложные 3D-структуры, — говорит проф. Парк. — Мы использовали их для пьезорезистивных датчиков и интегрировали в носимое устройство для мониторинга здоровья".

Исследование опубликовано в Composite Structures.

Ученые приготовили чернила, равномерно диспергируя многостенные УНТ (MWCNT) в алифатической уретандиакрилатной смоле (AUD) при концентрациях 0,1–0,9 мас.%, используя ультразвук. Затем оптимизировали условия печати.

Они напечатали образцы и проверили механические, электрические свойства и разрешение печати. Лучший результат дал состав с 0,9 мас.% УНТ: растяжимость до 223% перед разрывом, проводимость 1,64 × 10⁻³ См/м (выше, чем у ранее описанных материалов) и разрешение 0,6 мм.

Для демонстрации применимости они напечатали гибкие пьезорезистивные датчики на основе тройной периодической минимальной поверхности (TPMS), встроили их в стельку для умных стелек и отслеживали давление под стопой в реальном времени, выявляя движения и позы.

"Устройство показывает потенциал наших нанокомпозитов для 3D-печати материалов с высокой эластичностью и проводимостью, — отметил проф. Пе. — Они пригодятся в носимых мониторах, гибкой электронике и умном текстиле".

Когда, по оценкам, нынешний способ производства чего-либо потребляет ошеломляющие 1-2% годового мирового энергопотребления, это означает, что нам необходимо что-то изменить. В процессе производства Haber-Bosch образуется большое количество аммиака (NH3) — ценного химического соединения, которое находит широкое применение в таких областях, как сельское хозяйство, технологии и фармацевтика, — и при этом потребляется много энергии.

Исследовательская группа из Университета Тохоку внесла значительный вклад в разработку альтернативного метода преобразования вредных нитратов, содержащихся в воде, в аммиак, что позволяет решать как экологические, так и энергетические проблемы.

Их результаты опубликованы в журнале Advanced Functional Materials.

Благодаря использованию двухгидроксидных катализаторов на основе NiCuFe (LDH) в исследовании был предложен эффективный метод очистки загрязненной воды. Это означает более чистую воду, снижение загрязнения окружающей среды и более экологичные удобрения и энергетические ресурсы, которые непосредственно влияют на здоровье населения, продовольственную безопасность и защиту климата.

В настоящее время по технологии Haber-Bosch производится почти весь аммиак, производимый промышленным путем в мире, но у нее есть серьезные недостатки. Этот процесс не только потребляет непомерное количество энергии, но и приводит к выбросам углекислого газа в качестве побочного продукта, что делает его еще более вредным для окружающей среды.

Реакция электрокаталитического восстановления нитрата (NO3−) (NitRR) - это альтернативный способ получения аммиака, который существует уже некоторое время, но так и не получил широкого распространения из-за своей медлительности и неэффективности. Однако исследователи из Передового института исследований материалов Университета Тохоку (WPI-AIMR) нашли способ преодолеть это.

"Мы создали нанолисты NiCuFe-LDH с участками Ni и Cu, чтобы облегчить процесс электровосстановления", - объясняет профессор Хао Ли (WPI-AIMR). "NitRR превратился из слишком неэффективного, чтобы его можно было даже рассматривать, в фарадеевский КПД, равный 94,8%".

Они использовали вычислительный и теоретический анализ, чтобы объяснить механизм этой реакции, в которой в качестве основных компонентов используются добавленные Cu и Ni.

Кроме того, они протестировали Zn-NO3−батарею с использованием нанолистов NiCuFe-LDH, чтобы продемонстрировать ее реальную эффективность. Он показал очень хорошие результаты: фарадеевский КПД составил 85,8%, высокий выход аммиака и настолько высокую плотность мощности, что превзошел большинство предыдущих отчетов (12,4 МВт/см2).

Следующие шаги в рамках этого проекта будут направлены на расширение масштабов и углубление понимания механики. С практической точки зрения, эффективность катализатора должна быть подтверждена в реальных системах с загрязненной нитратами водой и в реакторах непрерывного действия, чтобы продемонстрировать промышленную осуществимость.

Одна из самых мощных черных дыр во Вселенной, известная как SMSS J052915.80-435152.0 (или J0529), извергает газ со скоростью до 10 000 км/с. Это указывает на ее массу около 1 миллиарда солнечных масс — более чем в 10 раз меньше, чем предполагалось ранее.

Открыта в 2024 году доцентом Кристианом Вольфом и командой из Австралийского национального университета (ANU). Они использовали новое мощное оптическое оборудование Европейской южной обсерватории в Чили, чтобы изучить газ вокруг черной дыры. Статья опубликована на arXiv.

"Несмотря на яркость квазара, масса черной дыры относительно скромная. Она питается газом и извергает его из-за огромной плотности света — это самый яркий объект во Вселенной", — говорит доцент Вольф.

Черная дыра находится на расстоянии более 12 млрд световых лет, что затрудняло ее изучение. Новые данные помогают объяснить происхождение сверхмассивных черных дыр: они могут формироваться из коллапсирующих звезд на ранних этапах Вселенной, что раньше казалось невозможным.

Профессор Майкл Айрленд из ANU помогает ESO совершенствовать технологию интерферометрии, что позволит детально изучать больше объектов, включая рождение планет вокруг молодых звезд. "Это революция в понимании нашего собственного происхождения", — отмечает он.

Астрономы из Дублинского Тринити-колледжа использовали космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), чтобы изучить атмосферу странной планеты-изгоя SIMP-0136. Они зафиксировали мельчайшие изменения яркости, связанные с погодой: колебания температуры менее 5°C, химического состава и мощную полярную активность, подобную северному сиянию на Земле или полярным сияниям Юпитера.

Планета вращается с экстремальной температурой свыше 1500°C, где "летняя жара" кажется умеренной. Эти изменения намекают на бури, аналогичные Большому красному пятну Юпитера. Удивительно, но облачный покров остался постоянным — он состоит из силикатных зерен, как песок на пляже, а не из водяных паров, как на Земле.

"Это самые точные измерения атмосферы внесолнечного объекта на сегодня и первый случай прямого отслеживания изменений свойств атмосферы", — говорит доктор Эверт Наседкин, ведущий автор из Тринити-колледжа.

Работа группы "Exo-Aimsir" под руководством профессора Дж. Джоанны Вос (с участием Мерл Шрейдер, Мэдлин Лэм и Кианы О'Тула) основана на данных JWST. Они использовали разные длины волн света для моделирования температуры, химии и облаков.

"Такие наблюдения помогут понять погодные процессы на экзопланетах — от газовых гигантов до скалистых миров", — добавляет профессор Вос.

Статья опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics. Это первый детальный анализ; предыдущая команда из Бостонского университета уже публиковала данные, но новый подход раскрыл больше деталей. В будущем подобные методы применят для телескопов вроде Extremely Large Telescope и обсерватории обитаемых миров.

Через пару десятилетий цифровые данные станут одним из главных "пожирателей" энергии в мире — до 30% от общего потребления. Но ученые из Технологического университета Чалмерса в Швеции нашли выход: они создали атомарно тонкий материал, где сосуществуют два противоположных магнитных состояния. Это позволяет делать чипы памяти в 10 раз экономичнее!

Такое открытие откроет путь к сверхэффективным устройствам для ИИ, смартфонов, компьютеров и автономных машин. Блоки памяти — основа всех современных гаджетов, и магнетизм здесь ключевой. Обычно данные хранятся, меняя направление электронов с помощью внешних полей, но это жрет много энергии. Новый материал меняет все: в нем встроены ферромагнетизм (электроны выстраиваются в одну сторону, как в обычном магните) и антиферромагнетизм (они чередуются и нейтрализуют друг друга). Вместе они создают "внутренний наклон", который переключает электроны без внешних полей.

Материал — это сплав кобальта, железа, германия и теллура, слоями, скрепленными слабыми силами Ван-дер-Ваальса. Нет сложных многослойных структур с проблемными стыками — проще в производстве и надежнее.

"Это настоящий прорыв! Такой материал идеален для энергоэффективных чипов в ИИ, мобильниках и будущих технологиях", говорит доктор Бинг Чжао, ведущий автор из Чалмерса.

"Мы объединили два магнитных мира в одной двумерной кристаллической структуре — это как идеальная магнитная система, которую раньше невозможно было создать", добавляет профессор Сародж П. Дэш, руководитель проекта.

Команда уже протестировала идею, и это обещает революцию в электронике. Подробности — в статье "Сосуществующие нетривиальные Ван-дер-Ваальсовы магнитные порядки обеспечивают бесполевую динамику спин-орбитального моментного намагничивания" в журнале Advanced Materials.

Астрономы сообщили об открытии редкого остатка новой (NSR) вокруг повторяющейся новой LMCN 1971-08a в Большом Магеллановом облаке (LMC). Это первый NSR, обнаруженный в LMC, и второй внегалактический. Результаты опубликованы 17 сентября на arXiv.

NSR — это сильно вытянутые структуры, подобные раковинам, образующиеся от повторяющихся извержений новых звезд, которые сметают материал в плотную внешнюю оболочку. Ранее было известно только четыре таких объекта, три из которых в нашей галактике.

Группа астрономов под руководством Майкла У. Хили-Калеша из Университета Фридриха-Александра в Эрлангене-Нюрнберге проанализировала данные астрономических наблюдений и радиотелескопа MeerKAT, выявив оболочечную структуру вокруг LMCN 1971-08a. Эта структура имеет круглую морфологию, ярче на северо-востоке и юго-западе, с более слабой границей на северо-западе.

LMCN 1971-08a — одна из четырех известных периодических новых в LMC с периодом около 38 лет; последнее извержение было в 2009 году. Система состоит из белого карлика массой 1,1–1,3 солнечных масс и субгигант-компаньона с орбитальным периодом около 1,2 дня.

NSR имеет диаметр около 650 световых лет (внутренняя граница на 284 световых годах, внешняя — на 329 от новой). Это крупнейший известный NSR. Внешняя оболочка массой около 4130 солнечных масс расширяется со скоростью 20 км/с; возраст оценивается в 2,4 миллиона лет.

Присутствие NSR предполагает, что период повторения LMCN 1971-08a может быть короче 38 лет, а следующее извержение — раньше 2047 года.