Ледяные экзопланеты, похожие на Энцелад или Европу, вряд ли могут поддерживать жизнь, так как повышение температуры их поверхности превратит их не в мир-океан, а в гигантский парник, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.
«Многие наши коллеги считают, что ледяные миры могут стать обитаемыми, если яркость их светила повысится и их ледяная оболочка будет растоплена. Мы показали, что это на самом деле невозможно для экзопланет, не обладающих сушей и похожих по размерам на Энцелад и Европу. Они сразу превращаются из «ледышки» в «парник» минуя фазу, во время которой они напоминают Землю», — пишут Цзюнь Ян (Jun Yang) из университета Пекина (Китай) и его коллеги.
Телескоп «Кеплер» и ряд наземных обсерваторий открыли за последние годы несколько десятков планет, которые не являются небольшими или крупными аналогами Земли или же газовыми гигантами, а своеобразными «водными мирами», состоящими почти полностью из воды. Эти планеты могут состоять как из жидкой воды, так и быть покрыты толстой коркой льда, которая скрывает под собой гигантский подледный океан.
Сегодня ученые активно спорят о том, могут ли подобные планеты поддерживать жизнь. Часть из них считает, что океаны таких «водных миров» ничем не отличаются от морей и озер Земли, а другие планетологи предполагают, что на этих планетах будет господствовать мощнейший парниковый эффект, в принципе не позволяющий жизни существовать в их водах.
Авторы статьи обратили внимание на то, что климат таких водных миров будет зависеть от двух отличительных свойств воды – то, что она хорошо отражает тепло и свет в замороженном состоянии и удерживает тепло в парообразном состоянии. Чем больше льда или пара появляется на планете, тем сильнее она будет отражать или удерживать в себе тепло, благодаря чему количество льда и пара будет увеличиваться само по себе с все большей скоростью.
Руководствуясь подобными соображениями, Ян и его коллеги создали компьютерную модель аналога Солнечной системы, в которой вокруг звезды вращалась планета, похожая по своим размерам и свойствам на Энцелад или Европу. Ученые постепенно повышали яркость светила, имитируя то, что происходило с Солнцем в последние 3-4 миллиарда лет, за которые его яркость выросла на 30%.
Эти расчеты привели к относительно неожиданным результатам – оказалось, что «водные миры» могут существовать лишь в двух формах – в формате полностью замороженного шара из льда и в виде гигантского парника, в котором вся вода превратилась в пар.
Аналоги земных океанов на таких мирах фактически никогда не возникают, так как процесс превращения планеты из «снежка» в «паровой котел» занимает мгновения по геологическим меркам. Для запуска этой трансформации, как оказалось, нужно неожиданно много энергии, примерно в 1,7-2 раза больше, чем сегодня получает наша планета от Солнца.
Как Земля, учитывая ее большие запасы углекислоты и воды, избежала подобной участи? Как считают ученые, уникальная судьба нашей планеты объясняется тем, что ее поверхность покрыта не только водой, но и участками суши.
Взаимодействие между молекулами СО2, воды и силикатными горными породами, как отмечают ученые, удаляло излишки парниковых газов из атмосферы и возвращало их назад вместе с извержениями вулканов и другими видами геологической активности, мешая превращению Земли в парник и помогая ей «разморозиться» при превращении в ледяной шар.
Все это, как отмечают Ян и его коллеги, ставит под сомнение обитаемость многих «водных миров», открытых планетологами в последние годы, таких как Kepler-22b, Kepler-62e и Kepler-62f. Эти планеты, которые ученые считали мирами-океанами, могут на самом деле быть или парниками, или «ледышками», абсолютно неприспособленными для поддержания жизни.
Коллектив ученых доказал существование двумерного алмаза, созданного посредством высокого давления на слои графена. Тонкие пленки алмазов имеют широкий спектр применений: от сверхпроводников до биоизмерений. Однако создание двумерного алмаза с ровным атомарным слоем долгое время было недостижимо из-за тетраэдрической структуры его атомарной решетки. Его ближайший родственник графен (одноатомный слой графита) обнаружил выдающиеся физические свойства именно в двумерном виде, поэтому создание двумерного алмаза открыло бы перед исследователями огромные возможности. Например, совместное существование и ферромагнитных и полупроводниковых свойств делает двумерный алмаз незаменимым материалом для спинтроники.
Ранее по косвенным данным было сделано предположение, что 2D-алмаз образуется, когда два или более слоев графена подвергаются высокому давлению в присутствии других элементов.
Объединенный коллектив ученых из США и Бразилии при помощи рамановской спектроскопиипредоставил свидетельства образования двумерного алмаза в условиях высокого давления. Два слоя графена, находящиеся в воде, подвергались давлению в 14 ГПа, и структура вещества менялась благодаря смещению электронных орбиталей (возникали дополнительные электронные связи, характерные для решетки алмаза). Именно рамановская спектроскопия помогла зафиксировать расстояние между атомами, по которому можно определить характер связей. Образовавшийся материал ученые назвали алмазоном.
Принцип, лежащий в основе образования алмазона, заключается в том, что присутствие химических радикалов, таких как гидроксильные группы или водород, может существенно снизить давление, необходимое для создания связей между атомами углерода, превращающих графит в алмаз. Для предотвращения связывания атомов углерода в нижнем слое с подложкой был использован политетрафторэтилен — химически инертный материал. Полученная структура стабильна даже при отсутствии внешнего давления.
Открытие имеет множество потенциальных приложений: квантовые компьютеры, микроэлектромеханические системы (МЭМС), сверхпроводники, подложки для ДНК-инженерии, биосенсоры.
Представленный в работе рамановский анализ дает косвенные доказательства формирования алмазов. Поэтому ученые планируют продолжить работу, предоставив прямое измерение структуры двумерного алмаза методами рентгеновской или электронной дифракции в условиях высокого давления.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications
Источник: chrdk .ru
Любой, кому доктор прописывал антибиотики, знает, что их ни в коем случае нельзя «недопивать» — прекращать лечение раньше, чем рекомендуется, даже если вы чувствуете себя лучше. Правильный прием антибиотиков — ваш личный вклад в борьбу с бактериальной устойчивостью к ним. Или нет? Неужели ваши безответственные друзья, бросающие лекарства, как только спала температура, на самом деле делают все правильно? Именно об этом в статье для журнала BMJ пишут ученые из медицинской школы Брайтона и Сассекса.
Авторы статьи, Мартин Левелин из медицинской школы Брайтона и Сассекса и его коллеги, подчеркивают, что антибиотикорезистентность — глобальная проблема и угроза для здоровья людей. Они отмечают, что в числе рекомендаций медиков по грамотному использованию антибиотиков часто упоминается необходимость всегда заканчивать предписанный врачом курс антибиотиков и ни в коем случае не прерывать его раньше, как только самочувствие улучшилось. Этот пункт есть в рекомендациях Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), а также в национальных кампаниях по борьбе с устойчивостью к антибиотикам в Австралии, Канаде, США и Европе. В Великобритании, где работают авторы статьи, это предписание преподается как научный факт в средней школе.
«Однако идея о том, что раннее прекращение лечения антибиотиками способствует возникновению резистентности, не подкреплена свидетельствами, тогда как прием лекарств дольше, чем нужно, увеличивает риск ее возникновения… Мы призываем лиц, принимающих решения, учителей и врачей перестать говорить о важности окончания курса антибиотиков и, более того, публично и активно заявлять, что эта рекомендация не основана на фактах и не верна», — пишут ученые.
Они отмечают, что ошибочное представление о необходимости «пропивать весь курс» антибиотиков возникло на заре их применения. В своей нобелевской речи 1945 года Александр Флеминг описывал опасный, по его мнению, сценарий, когда воображаемый пациент со стрептококковой инфекцией принимает недостаточно пенициллина, вследствие чего у стрептококка вырабатывается устойчивость к антибиотику, а затем заражает им свою жену, которая потом умирает от неизлечимой болезни и его неблагоразумия. Именно поэтому, по словам Флеминга, «если вы используете пенициллин, используйте его в достаточном количестве».
Однако, пишут авторы статьи, устойчивость к лекарству, которую имел в виду в этом суровом сценарии Флеминг, возникает, например, у ВИЧ или туберкулеза, но почти не встречается у бактерий, вызывающих особые опасения у ученых. Это, например, кишечная палочка Escherichia coli и так называемые ESKAPE-бактерии: энтерококки, стафилококки, палочка Фридлендера, ацинетобактеры, псевдомонады и энтеробактерии. Эти условно патогенные бактерии живут в наших организмах и окружающей среде, как правило не вызывая никаких проблем. Но именно они могут вызывать оппортунистические инфекции у пациентов с ослабленным иммунитетом и — в случае резистентности к антибиотикам — опасные внутрибольничные инфекции.
«Когда пациент принимает антибиотики по любой причине, чувствительные к ним виды и штаммы на коже, в кишечнике и окружающей среде замещаются устойчивыми и способными в дальнейшем вызвать заражение. Такой сопутствующий отбор — главный драйвер формирования важных и опасных для пациентов форм антибиотикорезистентности. Чем дольше эти оппортунистические бактерии подвержены действию антибиотиков, тем сильнее отбор в пользу устойчивых видов и штаммов», — объясняют ученые (именно такая устойчивость к метициллину развилась у золотистого стафилококка, MRSA).
Более того, по их словам, сама идея курсового приема антибиотиков неявно предполагает, что если «недолечиться», то есть пройти не весь курс, то результаты лечения будут плохими. А у нас, между тем, имеется очень мало свидетельств того, что рекомендованные курсы антибиотиков (сформированные на практике и из страха недолечения) — это на самом деле минимально необходимые сроки их приема. Исследований, которые помогли бы определить минимально необходимый курс антибиотиков, почти не проводится. Одно из исключений, о которых мы что-то знаем, — средний отит у детей до двух лет, где за пять дней лечения симптомы прошли у существенно меньшего количества детей, чем за 10 дней.
В то же время, например, для больничной пневмонии, где риск устойчивости к лекарствам велик, имеющиеся исследования показывают, что короткие стратегии лечения работают так же хорошо, как и длинные, но при этом устойчивость и повторные случаи болезни возникают реже.
«Сама идея курса антибиотика не учитывает, что разные пациенты могут по-разному реагировать на один и тот же антибиотик. Сейчас мы игнорируем этот факт и даем универсальные рекомендации по длительности использования антибиотиков, основанные на плохих данных», — подчеркивают авторы статьи.
По их мнению, простота и однозначность совета про завершение полного курса антибиотиков может быть причиной живучести этого мифа. Чтобы понять, как долго стоит принимать антибиотики, нужны исследования и тщательный контроль состояния пациентов.
«А пока просветительские материалы об антибиотиках должны подчеркивать тот факт, что устойчивость к антибиотикам — следствие их слишком активного использования и ее нельзя предотвратить приемом курса лекарства. Обществу надо напоминать, что антибиотики — это ценный и исчерпаемый ресурс, который нужно сохранять», — заключают ученые.
Заведующий Лабораторией геномной инженерии МФТИ Павел Волчков, комментируя статью, заявил «Чердаку», что спорный тезис Левелина и его коллег в принципе имеет право на жизнь.
«Однако тут надо понимать, что антибиотики бывают разные. Тут надо все-таки обращаться к конкретным данным, не столько даже к клиническим, сколько к экспериментальным, в случае антибиотиков и резистентности такие эксперименты можно провести in vitro. Я бы здесь предметно по каждому антибиотику прошелся, так вот огульно про все, наверное, будет неверно», — сказал Волчков.
Вместе с тем, собеседник «Чердака» подчеркнул, что проблема, которую поднимают авторы статьи, касается в первую очередь США, Великобритании и других развитых стран, где продажа антибиотиков строго регламентирована.
«В России же кругом чрезмерное использование антибиотиков — даже не по рецепту врача, а люди сами себе прописывают. Тут уже соблюдают курс, не соблюдают курс — такой хаос творится на самом деле. Мне кажется, нам не помешало бы следовать предписаниям по приему антибиотиков. Если мы еще больше послаблений дадим, это будет неправильно», — сказал ученый.
Он отметил, что новейшие разработки в области антибиотиков — это препараты не широкого спектра действия, а «прицельные», уничтожающие только конкретный патогенный организм. В сочетании с системами быстрой диагностики вроде SHERLOCK, представленной учеными в этом году, такие препараты позволят наносить точечные удары. «Эта штука, новые антибиотики с системой быстрой диагностики, будет работать более эффективно и проблемы, которые мы с вами обсуждаем, снимет», — сказал Волчков.
«Действительно, мы используем данные по рекомендуемым продолжительностям курсов и дозировке антибиотиков, многие из которые происходят из 1960-х годов, предполагая, что эти курсы были подобраны с использованием методов доказательной медицины, но на самом деле это может быть не так и в значительной степени определено привычкой и практическим опытом», — сказал «Чердаку» Константин Северинов, профессор Сколтеха и Университета Ратгерса (США), заведующий лабораториями Института молекулярной генетики и Института биологии гена РАН.
Северинов подчеркнул, что в статье при этом нет утверждения о том, что нужно «недолечиваться» антибиотиками: если вы хотите вылечиться от инфекционного заболевания, вам придется использовать антибиотик до тех пор, пока возбудитель не погибнет или не ослабнет настолько, что с ним сможет справиться ваша иммунная система. «Если вы этого не сделаете, ничего хорошего не будет, заболевание вернется и вы действительно рискуете вывести внутри себя устойчивые к антибиотику микробы», — сказал ученый.
«Знаете, говорят, что один плохой командир лучше, чем несколько хороших. С точки зрения медицинской практики — врачи в целом знают чуть больше о болезнях, о человеческом теле, чем пациенты, даже те пациенты, которые читают интернет. Поэтому лучше бы все-таки, чтобы пациенты следовали каким-то указаниям, даже если они не оптимальные, чем не следовали никаким указаниям и занимались бы самолечением», — заключил Северинов.
Американские ученые нашли основания предположить, что под поверхностью Луны может присутствовать вода, свидетельствуют изыскания сотрудников университета Браун, которые в понедельник публикует издание Nature Geoscience.
Изучая спутниковые снимки Луны, полученные с помощью установленного на Индийском спутнике Chandrayaan-1 инструмента Moon Mineralogy Mapper, ученые «рассмотрели» стеклянные гранулы в составе вулканических пород практически на всей ее поверхности.
В 2009 году НАСА заявило, что в полученных в ходе миссии «Аполлон» в 1970-х годах образцов лунной поверхности было обнаружено присутствие воды. Тогда ученые подсчитали, что в одной тонне поверхности Луны может находиться до 946 миллилитров воды, но не могли достоверно ответить на вопрос, является ли ее присутствие локальным или относится ко всему спутнику Земли.
Также не было единым мнение ученых относительно происхождения воды на Луне. Не исключалось, что жидкость появилась в результате взаимодействия Солнечного ветра и водорода.
Однако, отмечают авторы нового исследования, «наличие воды в пирокластических материалах, поднявшихся из глубины Луны, свидетельствуют о том, что вода на ней имеет местное происхождение».
Как пояснил автор исследования Ральф Милликен, «тот факт, что почти все (магматические образования) демонстрируют присутствие воды, позволяет предположить, что львиная доля недр Луны влажная».
«Распространение этих богатых водой отложений является ключевым моментом. Они находятся на всей поверхности, что говорит о том, что случай нахождения воды в образцах миссии «Аполлон» не является единичным», — отмечают авторы исследования.
Несмотря на то что содержание воды в отдельных гранулах крайне мало, содержащие их вулканические породы простираются на многие километры на и под поверхностью Луны, считают ученые.
Как заявил ученый в интервью телеканалу CNN, это открытие может иметь важное значение для будущих миссий на Луну, поскольку потенциально говорит о возможности получения воды из лунных вулканических пород.
Россию, по сообщению Минобрнауки, представляли: Руслан Котляров — ученик лицея № 131 из Казани (золото); Екатерина Жигилева, которая учится в гимназии Тюменского государственного университета (серебро); Кирилл Козлов из московской школы № 192 (серебро) и Александр Жигалин, ученик Пироговской школы из Москвы, который взял золото и стал лучшим школьником-химиком мира.
Всего в олимпиаде, которая проходила с 6 по 15 июля в городе Накхон Патхом (Таиланд), участвовали команды из 79 стран. Участники решали задачи из теоретической и практической части. В теоретической части были задачи, в которых нужно, к примеру, рассчитать константу скорости реакции разложения закиси азота или давление пара и температуру замерзания камфоры, растворенной в бензоле.
В практической части участникам нужно было, к примеру, определить содержание аскорбиновой и лимонной кислот в прохладительных напитках с помощью титрования или синтезировать аспирин (и определить количество получившегося продукта).
Международная олимпиада по химии среди школьников проводится с 1968 года. Ее учредили и впервые провели в Праге. Тогда в соревновании участвовали только три страны — Чехословакия, Польша и Венгрия, но со временем количество стран-участниц росло, особенно после падения Берлинской стены. По словам организаторов, олимпиада призвана привлечь внимание учеников к химии с помощью соревнования, на котором они смогут самостоятельно и творчески решать задачи. Кроме того, олимпиада должна развивать связи между молодыми учеными со всего мира и способствовать сотрудничеству и обмену опытом.
Впервые в истории науки ученые из швейцарского Института нанонаук и университета Базеля при помощи атомно-силового микроскопа произвели прямые измерения силы водородных связей, связей, которые объединяют в единое целое атомы и части молекул органических соединений. Водород — это самый распространенный химический элемент во Вселенной, он является неотъемлемой частью молекул практически всех органических соединений. Атомы и части этих молекул связываются друг с другом при помощи атомов водорода через взаимодействия, называемые водородными связями.
Водородные связи играют важную роль в окружающем нас мире, они ответственны за определенные свойства белков и нуклеиновых кислот, за счет этих связей, к примеру, вода имеет достаточно высокую температуру кипения. Однако, до последнего времени все попытки произвести спектроскопический или электронный микроскопический анализ водородных связей в отдельно взятых молекулах не принесли никаких результатов. Безуспешными оказались также попытки изучения водородных связей при помощи атомно-силовых микроскопов.
Доктор Шиджеки Кавай (Dr. Shigeki Kawai) из группы профессора Эрнста Мейера (Ernst Meyer) добился успеха за счет использования нового атомно-силового микроскопа с высокой разрешающей способностью и молекул определенных углеводородов, имеющих циклическую структуру. Работая совместно с их коллегами из Японии, ученые выбрали для своих экспериментов органические молекулы, имеющие форму пропеллера.
Такие молекулы, называемые пропелланами, обычно располагаются на поверхности строго определенным образом, при котором на самом верху молекулы находятся два атома водорода. Если к такой молекуле, находящейся на исследовательском столике атомно-силового микроскопа, подвести наконечник, на конце которого специально закреплена молекула угарного газа (CO), то между этой молекулой и атомами водорода исследуемой молекулы образуются водородные связи. И таким путем ученые имеют возможность не только зафиксировать факт возникновения водородной связи, но и измерить ее силу (прочность).
В результате исследований ученые выяснили, что водородные связи намного слабее обычных химических связей, но они более сильны, нежели силы межмолекулярных взаимодействий Ван-Дер-Ваальса. Измеренные значения силы водородных связей очень хорошо соответствуют значениям, полученным теоретическим путем профессором Адамом С. Фостером (Adam S. Foster) из университета Аальто, Финляндия.
И в заключение следует отметить, что технологию измерений силы водородных связей, разработанную учеными института Нанонаук Базеля, можно использовать не только для проведения фундаментальных исследований. Она, по сути, является технологией точной идентификации сложных молекул, таких как нуклеиновые кислоты и полимеры, за счет измерений сил водородных связей в этих молекулах.
По материалам PHYS. ORG
Источник: dailytech info. org
Ученые из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге и Еврейского университета в Иерусалиме смогли восстановить структуру белка после химической денатурации. В основе метода лежит электростатическое взаимодействие свернувшихся (денатурированных), белков с наночастицами оксида алюминия в воде. Важно отметить, что метод работает как для молекул одного вещества, так и в мультибелковых системах – ранее восстанавливать структуру белков в смесях никому не удавалось. В теории это поможет упростить и удешевить производство лекарственных белков, применяемых для лечения болезней Альцгеймера и Паркинсона. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Современное производство белков в пищевой и фармацевтической промышленности крайне дорого и неэффектитвно из-за того, что под влиянием сильных реагентов (кислот и щелочей) белки сворачиваются, теряют свою форму (денатурируют), а вместе с формой пропадает их химическая активность. Поэтому промышленность находится в поиске способов ренатурации белков, то есть, возвращения им исходной формы химических свойств. Тем самым их производство можно значительно удешевить. Кроме того, пищевые продукты и лекарства производятся на основе нескольких белков одновременно, и поэтому вторая задача – ренатурировать именно смесь без предварительного разделения на отдельные белки.
Российские химики в коллаборации с израильскими коллегами смогли решить две задачи одновременно. Белки (ферменты), которые денатурировали в растворе сильной щелочи, смешали в воде с нерастворимыми в воде наночастицами оксигидроксида алюминия. Благодаря возникшему электростатическому взаимодействию, ферменты притянули к своей поверхности наночастицы. Возникшая на поверхности молекул белков защитная оболочка из наночастиц не позволила им слипаться, как это происходит с денатурированными белками. В результате ученые смогли достаточно легко извлечь белки из щелочной среды. После промывки от остатков денатурирующих веществ ферменты самостоятельно восстановили свою структуру.
Новый способ применили и для смеси из двух ферментов: карбоангидразы и фосфотазы (САВ и АсР). Для этих белков доля ренатурированных молекул превысила половину, что является беспрецедентным результатом.
Помимо универсальности и высокой эффективности, способ, предложенный химиками из Университета ИТМО, отличается низкой стоимостью и быстродействием. Ученые собираются развивать свой подход к ренатурации белков именно на мультиферментных смесях.
Химики впервые увидели и «пощупали» водородную связь между молекулами
Физики впервые смогли детально рассмотреть водородную связь между двумя молекулами и точно измерить силу, что поможет ученым в раскрытии тайн устройства белков и молекул ДНК, говорится в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
«Водород, состоящий из всего одного протона и электрона, является самым небольшим и распространенным атомом во Вселенной. Водород столь же важен и для химии и физики, но до настоящего времени мы не могли видеть одиночные атомы водорода в молекулах. Получение первых данных по силе водородных связей открывает путь для раскрытия трехмерной формы молекул ДНК и полимеров», — рассказывают Сигеки Кавай (Shigeki Kawai) из Национального института изучения материалов в Цукубе (Япония) и его коллеги.
Почти все молекулы, существующие во Вселенной, состоят из атомов, связанных тремя путями – посредством прочных ковалентных или ионных связей, основанных на «обобществлении» или «экспроприации» электронов между двумя атомами, и слабых водородных связей.
Они образуются за счет перераспределения заряда между атомами водорода и кислорода, из-за которого возникает «зарядовая асимметрия» молекулы и один ее конец оказывается заряжен положительно, а другой отрицательно. К этим заряженным концам могут присоединяться другие атомы и молекулы, а также атомы в самой молекуле, содержащей водород.
Водородные связи, возникающие между молекулами воды, объясняют высокую температуру кипения и высокую вязкость воды, а также необычные свойства белков, молекул ДНК и других «кирпичиков жизни». Ученые достаточно давно знают примерную силу этих связей, однако их точное значение так и не было измерено из-за того, что электронные микроскопы крайне плохо «видят» атомы водорода в молекулах.
Кавай и его коллеги решили эту проблему, модифицировав жало атомно-силового микроскопа таким образом, что водород начинает формировать связи не только с изучаемыми молекулами, но и с самим микроскопом.
Сердцем атомно-силового микроскопа является сверхтонкая игла из металла и присоединенная к ней упругая пластинка, которая вибрирует при движении щупа по образцу материала. Эти колебания преобразуются в картинку при помощи лазера, угол отражения луча которого меняется в зависимости от силы вибраций.
В 2012 году Кавай и швейцарские физики впервые смогли увидеть связи между атомами углерода в молекулах ароматических углеводородов, покрыв «иглу» микроскопа угарным газом, чьи молекулы, как выяснили ученые, были особенно чувствительны к искажениям, которые возникают в результате отталкивания наконечника электронами, образующими связи между атомами.
Экспериментируя с подобными иглами, авторы статьи обнаружили, что они могут фиксировать появление водородной связи между ними и особо устроенными ароматическими углеводородами, часть атомов водорода в которых смотрит строго «вверх». В таком случае жало микроскопа будет взаимодействовать со строго одним атомом водорода, что позволяет четко видеть формирование связи и точно измерять ее силу.
Для проведения подобных экспериментов ученые собрали молекулы, состоящие из нескольких углеводородных колец и хвостов и похожие по форме на логотип «Мерседес-Бенц», пропеллер и звезду с тремя лучами. «Ощупывая» эти хвосты при помощи жала микроскопа, физики смогли впервые сфотографировать водородные связи, понять, как они отличаются от ковалентных связей, измерить их силу – около 40 пиконьютонов, триллионных долей ньютона, и понять, на каком расстоянии они работают – примерно 300 пикометров.
В целом, все эти значения полностью соответствует теоретическим предсказаниям и говорят о том, что в их формировании не замешаны силы электростатического притяжения или неизвестная нам форма ионных связей. Как надеется Кавай, открытие его команды проложит дорогу для получения первых «атомных» фотографий ДНК и важнейших белков, и последующего раскрытия их тайн.
Ученые из Сколковского института науки и технологий, Института проблем химической физики РАН, МГУ и Института медицинских исследований KU Leven (Бельгия) получили новые вещества на основе фуллерена, одно из которых обладает ярко выраженной противовирусной активностью по отношению к вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ) и другим вирусам, сообщила пресс-служба Сколтеха. Результаты исследования опубликованы в журнале Organic & Biomolecular Chemistry.
«Ранее мы разработали методы синтеза соединений со связями C-C-, C-S, C-N и C-P между каркасом фуллерена и органическими функциональными группами. Водорастворимые соединения, полученные с помощью разработанных нами методов, обладают широким спектром биологической активности — противовирусными, противоопухолевыми и нейрозащитными свойствами»— приводит пресс-релиз словаПавла Трошина, одного из авторов исследования, профессораЦентра Сколтеха по электрохимическому хранению энергии.
Атомы углерода могут соединяться друг с другом разными способами, образуя различные модификации, например, графит, алмаз или графен. Одна из модификаций — фуллерен, в котором атомы углерода образуют замкнутые каркасные структуры. Шарообразная молекула из 60 атомов углерода похожа на футбольный мяч.
Молекулы фуллерена гидрофобны и для того, чтобы сделать их растворимыми в воде, необходимо присоединить несколько ионных функциональных групп — фрагментов молекул, которые меняют свойства фуллерена. Присоединить такие функциональные группы к фуллерену сложно, но ученые решили использовать не фуллерен, а хлорфуллерен, в состав которого уже входят шесть атомов хлора, и который можно легко получить из фуллерена. Замещение атомом хлора на функциональные группы позволяет получать разнообразные производные фуллерена с различными полезными свойствами, в том числе противовирусными.
«Биологическое действие соединений сильно зависит от типа связи между углеродным каркасом и функциональными группами. Поэтому мы сосредоточились на получении и исследовании принципиально новой группы соединений, в структуре которых группы присоединены к углеродному каркасу связями C-O. Исследуя взаимодействие хлорфуллерена C60Cl6 со спиртами мы обнаружили несколько новых реакций, позволяющих получать различные классы соединений с присоединенными фрагментами спиртов и гидроксикислот. В исследовании, выполненном нашими коллегами из Католического университета Лёвена (Бельгия), водорастворимое производное фуллерена с пятью остатками 3-гидроксопропановой кислоты продемонстрировало выраженную ингибирующую активность по отношению к вирусу иммунодефицита человека (ВИЧ)» — сказал Трошин.
Ученые считают, что результаты их работы позволят создать на основе фуллеренов противовирусные препараты, обладающих хорошим потенциалом для внедрения в фарминдустрии в будущем.
Ученые компании IBM, совместно с исследователями из Уорикского университета (University of Warwick), впервые в истории удалось синтезировать и сделать снимки очень «хитрой» молекулы вещества под названием триангулен (triangulene, C22H12), известного еще под названием углеводород Клэра, которое существовало только в теории с 1953 года. Следует отметить, что молекулы триангулена являются столь сильно химически активными, что они могут существовать в исходном виде только в течение очень короткого времени. А предметом особого интереса к триангулену со стороны ученых являются некоторые необычные магнитные свойства молекул этого вещества, которые можно использовать в технологиях квантовых вычислений и квантовых коммуникаций.
Синтез молекул триангулена производился учеными при помощи достаточно нетрадиционного метода, вместо химического синтеза ученые использовали острый наконечник комбинированного атомно-силового и туннельного сканирующего микроскопа. Действуя этим наконечником как скальпелем, ученые удалили два атома водорода из молекулы исходного вещества. А для разрыва химических связей использовался поток высокоэнергетических электронов, «туннелирующих» под воздействием высокого напряжения, приложенного к наконечнику микроскопа.
Дополнительные измерения, проведенные при помощи того же микроскопа, показали, что все основные свойства молекулы триангулена практически полностью соответствуют теоретическим расчетным значениям. А снимки плоской молекулы триангулена, состоящей из шести «сплавленных» друг с другом бензольных колец, были получены при помощи наконечника микроскопа, на острие которого была помещена молекула угарного газа. И результаты сканирования молекулы сразу преподнесли ученым некоторые приятные сюрпризы.
«В случае изучения некоторых свободных сигма-радикалов мы неоднократно замечали, что их свободные электроны практически всегда образуют связи с атомами меди, из которой изготовлено основание» — рассказывает Аниш Мистри (Anish Mistry), ученый из Уорикского университета, — «И в данном случае мы были сильно удивлены тем, что свободные электроны триангулена, который также относится к свободным радикалам, не соединились с атомами меди. Мы считаем, что это произошло от того, что свободные электроны в этой молекуле делокализованы».
Именно эти свободные делокализованные электроны и делают молекулу триангулена особо интересной для ученых. В классической физике заряженная частица, перемещающаяся в пространстве, обладает угловым моментом и создает вокруг себя магнитное поле. С точки зрения квантовой механики такая же частица может обладать, а может и не обладать квантовым угловым моментом, называемым спином. В большинстве молекул обычных углеводородов все электроны связаны попарно и их угловые моменты взаимно компенсируют друг друга. Наличие вращающихся несвязанных электронов в молекуле триангулена приводит к появлению необычных магнитных явлений на молекулярном квантовом масштабе.
Квантовые магнитные свойства триангулена и других подобных молекул будут сохраняться в среде различных химических соединений, в широком диапазоне различных условий, таких, как давление, температура и т.п.
Поэтому ученые считают, что такие молекулы, заключенные в графеновые наноленты, могут стать в будущем основой спинтронных устройств или выступать в качестве битов (кубитов) квантовых компьютеров.
