Теги → химия
Быстрый переход

Учёные добыли энергию из света с помощью искусственной клетки

Группа сотрудников Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетика США (DOE) под руководством ведущей проекта Елены Рожковой создала биоинспирированную (подсмотренную у природы) искусственную клетку, которая смогла преобразовать падающий на неё свет в запас химической энергии. Для этого учёные заменили некоторые естественные биологические механизмы в клетке на искусственные небиологического происхождения. Подобный подход, как считают разработчики, откроет новый путь к хранению энергии.

Искусственные протоклетки под электронным микроскопом (Argonne National Laboratory)

Искусственные протоклетки под электронным микроскопом (Argonne National Laboratory)

Искусственные клетки или протоклетки для преобразования света в химическую энергию представляет собой полые капсулы, внутри которых посредством спонтанной самосборки и сил слабого взаимодействия собираются гибридные наностержни из золота и серебра. Сначала происходит самосборка, а потом наночастицы обволакиваются мембраной из такого белка, как бактериородопсин. Этот белок интересен тем, что он работает как зависимая от света биологическая помпа, перекачивая протоны из клетки на её наружную поверхность.

В конечном итоге под воздействием света вне клетки начинает расти концентрация протонов, образуя так называемый электрохимический градиент. И в этом ключ к исследованию. Учёные ввели во взаимодействие с искусственными клетками вторую группу искусственных клеток, которые использовали скопления протонов как «топливо» для выработки молекулы АТФ (аденозинтрифосфата). Эксперимент показал хорошо фиксируемый рост концентраций АТФ при воздействии видимого света на колонию протоклеток.

Группа учёных во главе с руковдителем проекта Еленой Рожковой (справа вверху)

Группа учёных во главе с руководителем проекта Еленой Рожковой (справа вверху)

Дальше дело техники. АТФ — это универсальный источник энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах. Фактически это химическое топливо, которое можно запасать и расходовать по своему усмотрению. Из искусственных клеток было выброшено всё лишнее, кроме примитивного механизма для использования протонов в качестве обменных ионов. Иными словами клетке оставили одну-единственную функцию ― синтез богатых энергией молекул-носителей. Также существует вероятность, что вместо протонов в качестве среды обмена можно использовать ионы натрия или ионы кальция.

Наконец, металлические наночастицы вблизи белковой мембраны, поглощающей свет, служат своего рода линзами для фокусировки света на поверхности мембраны, что активизирует биологические реакции. В целом эксперимент признан успешным и будет продолжен.

Российские учёные создали убивающее микробов покрытие для смартфонов

Отечественные учёные разработали новый материал, предназначенный для защиты дисплеев смартфонов и планшетов. Основная особенность материала заключается в наличии антибактериальных свойств. Инновационное прозрачное покрытие способно самоочищаться, убивая при этом болезнетворные бактерии на своей поверхности.

Разработка велась специалистами из Университета ИТМО совместно с коллегами из Санкт-Петербургского государственного технологического института и Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. М.А. Бонч-Бруевича. Основой разработанного вещества стали оксиды цинка и олова. Учёные провели оптимизацию химического состава материала, благодаря чему удалось добиться прозрачности и максимально повысить эффективность антибактериальных свойств.

Ещё одним достоинством нового материала является относительно невысокая стоимость его производства. Авторы проекты считают, что технологии производства и нанесения вещества на дисплеи гаджетов относительно просты и могут быть без каких-либо проблем внедрены на предприятиях. Инновационное покрытие, толщина которого составляет 200–300 нанометров, отличается хорошей прочностью, поэтому может играть роль дополнительной защиты для дисплея. Повысить уровень прочности и прозрачности удалось благодаря специальным органическим добавкам, вводимым на стадии синтеза.

Что касается самоочищения, по при воздействии света на материал происходит выделение химически активного кислорода, способного разлагать органические соединения, в том числе бактерии и отпечатки жирных пальцев. Выделение химически активного кислорода делает новый материал перспективным для использования в медицинской и некоторых других сферах.  

Исследователи не исключают и других вариантов использования нового материала. К примеру, при добавлении его в виде порошка в краску можно производить антибактериальное покрытие для стен в больницах и других учреждениях.

Новые полупроводниковые материалы обнаружили учёные из МГУ

Учёным химического факультета МГУ удалось обнаружить новые полупроводниковые интерметаллиды, в основе которых находятся металлы рения, галлия, германия. Сообщение об этом появилось на веб-сайте МГУ, а данные о работе исследователей были опубликованы в нескольких профильных зарубежных изданиях.

Интерметаллидами называют химические соединения, в состав которых входит не меньше двух сортов атомов, каждый из которых является металлом. В составе таких соединений могут находиться элементы с полуметаллическими свойствами, такие как германий или кремний. Интерметаллиды отличаются от сплавов, структуры которых идентичны структуре преобладающего компонента, тем, что их кристаллическое строение не повторяет структур металлов, входящих в состав.

Все металлы обладают схожими физическими свойствами, в том числе ковкостью, пластичностью, электропроводностью. Что касается интерметаллидов, то такие соединения способны обладать абсолютно разными свойствами, что делает их в некотором роде уникальными. Особое место отведено полупроводниковым интерметаллидам, которые встречаются нечасто и обычно применяются в качестве термоэлектрических элементов.

В двойных системах германий-галлий, германий-рений и галлий-рений практически нет устойчивых при обычных условиях промежуточных соединений. Однако в тройной системе германий-галлий-рений учёным удалось обнаружить четыре интерметаллида, о двух из которых уже были выпущены публикации в профильных изданиях. Галлий и рений являются типичными металлами, их электрическое сопротивление увеличивается с ростом температуры. Один из интерметаллидов, обнаруженных исследователями, представляет собой хрупкое порошкообразное вещество с полупроводниковыми свойствами.

Учёные намерены продолжить исследования, чтобы изучить термоэлектрические свойства новых соединений, а также с целью поиска родственных соединений на основе других переходных металлов, таких как тантал, молибден и вольфрам.

Российские учёные предложили способ удешевления автомобильных катализаторов

Сотрудники химического факультета Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (МГУ) синтезировали сложное соединение, которое в перспективе поможет снизить стоимость катализаторов, применяемых в транспортной сфере.

Автомобильные каталитические конвертеры предназначены для снижения токсичности отработавших газов. Обеспечивается это за счёт восстановления оксидов азота и использования полученного кислорода для дожига угарного газа и недогоревших углеводородов.

Современные каталитические конверторы используют катализаторы сложного состава — трёхмаршрутные. Они содержат в качестве основных компонентов диоксид церия и наночастицы благородных металлов — платины или палладия и родия. Однако у таких решений есть недостатки: это высокая стоимость и неустойчивость металлических частиц к действию высоких температур и различных каталитических ядов.

Решить указанные проблемы возможно путём замены частиц благородных металлов на оксиды переходных металлов, которые могут улучшить собственные каталитические свойства диоксида церия.

Российские исследователи предлагают применять смешанный оксид церия-циркония с добавкой оксида марганца. В зависимости от способа синтеза учёные получили сложные оксиды с различными физико-химическими характеристиками. В частности, разное распределение оксидов марганца изменяет каталитические свойства в реакции окисления моноксида углерода.

В перспективе предложенная технология, возможно, позволит удешевить автомобильные каталитические конвертеры. Подробнее об исследовании можно узнать здесь

ДНК не актуальна: учёные представили цифровой молекулярный носитель с увеличенной плотностью

Группа учёных их Университета Брауна в штате Род-Айленд доказала на опыте новую возможность записывать данные на молекулярные носители. До сих пор все эксперименты по хранению цифровых данных на молекулярном уровне в основном опирались на работу с ДНК. Молекулы ДНК природой предназначены для хранения и переноса биологической информации, которую человек может использовать для кодирования в своих нуждах. Но даже такой носитель, считают аналитики, не поможет человечеству справиться с гигантским ростом данных в следующие 20 лет.

На спонсорские средства Агентства DARPA исследователи из Университета Брауна для записи и считывания информации использовали так называемые метаболиты. Это промежуточные или конечные продукты обмена веществ живых организмов ― молекулы очень маленьких размеров. Таких молекул достаточно много, чтобы смеси из них представляли необходимые для кодирования двоичной информации множества. Например, в поставленном эксперименте учёные смогли создать 6-битные и 12-битные «ячейки» памяти. В целом 0 и 1 записываются как набор тех или иных метаболитов, что позволяет так же уверенно считывать и декодировать двоичный код в удобочитаемые данные.

Что касается самого эксперимента, то в опыте исследователи преобразовали 2-Кбайт картинку в последовательность заданных смесей метаболитов. Наноразмерные капли смесей были нанесены роботом на металлическую пластинку и затем высушены. Затем полученная таким образом твёрдая копия кода была прочитана масс-спектрометром. Научный прибор извлёк из каждого следа капли информацию о содержащихся в нём молекулах метаболитов, а дальше осталась сущая ерунда: представить смеси в двоичном коде и восстановить изображение. Точность восстановления составила 98 %, что можно считать полным успехом.

Но и это не всё. Некоторые метаболиты взаимодействуют друг с другом, и на выходе получается третий продукт. С одной стороны ― это ведёт к ошибкам, которые необходимо корректировать. Но с другой стороны ― это возможность производить операции над данными в ячейках молекулярной памяти. Проще говоря, появляется возможность создать химический (биологический) процессор для обработки данных. Какой небольшой шаг вперёд, и какие открываются горизонты!

DARPA возьмёт на работу ИИ для создания молекул боевого назначения

На сайте агентства DARPA (The Defense Advanced Research Projects Agency, Defense ARPA) появилось сообщение о запуске новой программы Accelerated Molecular Discovery (AMD). Программа по ускорению открытия новых молекул направлена на военные цели, что, впрочем, не исключает мирного применения разработок, если таковые будут предложены.

DARPA

DARPA

По представлению учёных, вселенная молекул насчитывает 1060 комбинаций. Из этого фактически бесконечного множества человечеством открыто и исследовано только 140 млн молекул. Среди неоткрытых молекул наверняка скрываются такие, которые способны укрепить оборонную и наступательную мощь США. Проблема только в том, что каждое новое открытие молекул до сих пор — это интуитивный путь движения учёных с длительными повторяющимися экспериментами, а военным надо быстро и чётко. Дан приказ — немедленно выполнить и доложить!

К счастью, на подхвате оказался поднимающий голову искусственный интеллект. Программа AMD (не путать с одноимённой компанией) предполагает конкурс решений на базе ИИ для создания молекул по представленному набору требований. Это могут быть молекулы для безопасного моделирования боевых химических агентов, для медицины, для покрытий, для красок, для эффективного топлива и многое другое, что придёт на ум пытливому военному разуму.

Платформы ИИ для поиска новых молекул должны уметь извлекать информацию из баз данных и из текстов и создавать инструменты и физически обоснованные руководства для производства молекул с заранее заданными характеристиками. Вебинар с разъяснениями программы DARPA AMD запланирован на 18 октября. Кроме этого, агентство ждёт талантливых химиков и коллективы для работы над увлекательными проектами.

Наномашины смогут убивать раковые клетки за несколько минут

Ученые разработали активируемые светом наномашины, которые могут внедряться в раковые клетки и убивать их в течение нескольких минут.

TOUR GROUP/RICE UNIVERSITY

TOUR GROUP/RICE UNIVERSITY

Нобелевская премия по химии за 2016 год была присуждена трём учёным: Жан-Пьеру Соважу из Университета Страсбурга, Джеймсу Фрейзеру Стоддарту из Северо-Западного университета (США) и Бернарду Феринге из Университета Гронингена (Нидерланды), которые придумали, как построить эти молекулярные машины из цепочки атомов.

Для исследования, опубликованного в журнале Nature, ученые построили несколько таких наномашин. При активации светом наномашины нацеливались на определённые клетки и, прорываясь через мембрану, быстро убивали их.

Машины настолько малы, что собранные вместе 50 000 штук не превышают толщину одного человеческого волоса. Каждая машина спроектирована так, чтобы быть чувствительной к белку, находящемуся в определённом типе клетки, что помогает им найти свою цель. Если добавить света, машины начинают вращаться со скоростью до 3 млн оборотов в секунду, и это вращение обеспечивает мощность, необходимую для проникновения в клетку. Без поступления света наномашины могут только найти молекулу, но останутся на её поверхности.

Когда ученые запускали эти наномашины в ёмкость с клетками человеческих почек, они проделывали отверстия в клетках и убивали их в течение нескольких минут. То же самое произошло, когда наномашины были направлены на раковые клетки предстательной железы.

Данная технология пока находится на начальной стадии, поскольку следующие эксперименты по-прежнему будут проводиться с микроорганизмами и рыбами. Но есть надежда, что в будущем эти наномашины можно будет использовать или для адресной доставки лекарств, или на самом деле для уничтожения раковых клеток, что позволит освоить новые, более эффективные методы лечения.

Концерн Samsung продаёт химический бизнес за $2,6 млрд

Южнокорейский конгломерат Samsung Group продаёт химический бизнес конкурирующей корпорации Lotte Group. Стоимость сделки, которую планируется закрыть в первой половине 2016 года, составит $2,6 млрд.

scmp.com

scmp.com

По условиям соглашения, входящая в состав Lotte Group компания Lotte Chemical покупает 90-процентную долю в химическом подразделении Samsung SDI, а также 31,5 % и 49 % в фирмах Samsung Fine Chemicals и Samsung BP Chemicals. Благодаря покупке этих активов Lotte Chemical рассчитывает увеличить выручку более чем на 30 % до 20 трлн вон ($17,5 млрд).

Samsung SDI, которая помимо разработки химических материалов занимается выпуском аккумуляторов, планирует использовать полученные от Lotte средства для развития бизнеса по изготовлению батарей для электромобилей, расширив производственные мощности и R&D-ресурсы.

businesstimes.com.sg

businesstimes.com.sg

В составе Samsung Group находится более 60 компаний, занимающихся различной деятельностью — от страхования до выпуска потребительской электроники. В последние годы концерн активно сокращает число бизнес-структур в поисках новых источников роста доходов. В ноябре 2014 года конгломерат сообщил о продаже контролирующих долей в своих химических и оборонных предприятиях за 1,9 трлн вон ($1,7 млрд) другому южнокорейскому гиганту — Hanwha Group.

Видео дня: интерактивные уроки взрывоопасной химии от канала BBC

Видеоархив YouTube-канала медиакорпорации BBC, известной своими научно-познавательными передачами и документальными фильмами, пополнился роликом с весьма взрывоопасным контентом. Зрителю предлагается взять на себя роль химика-ассистента и принять участие в экспериментах, выбрав в интерактивном режиме на своё усмотрение два из восьми доступных веществ. Результат их взаимодействия будет наглядно продемонстрирован опытными специалистами.

hdwyn.com

hdwyn.com

Как можно догадаться, «взрывоопасным» загруженный видеоматериал был назван неспроста. Практически каждая из выбранных пользователем комбинаций должна привести или к небольшому взрыву в лабораторных условиях (как, например, при смешивании водорода и кислорода), или же возгоранию с выделением обильного количества тепла (смешивание натрия и хлора). 

Всего для участия в химическом опыте предлагаются, как уже было отмечено выше, восемь исходных веществ — водород (hydrogen), натрий (sodium), сера (sulfur), азот (nitrogen), хлор (chlorine), кислород (oxygen), йод (iodine) и алюминий (aluminium). После выбора двух компонентов зрителю будет продемонстрирован соответствующий эффект их взаимодействия, сопровождающийся пояснением о природе возникшей химической реакции.  

Для тех, кто немного подзабыл школьный курс химии, стоит сразу напомнить: выбор пары «азот + алюминий», «азот + хлор», а также «сера + азот» и «натрий + алюминий» не приведёт ни к взрыву, ни к возгоранию. 

Подтверждено существование 117-го элемента таблицы Менделеева

Центр по изучению тяжёлых ионов имени Гельмгольца (Дармштадт, Германия) синтезировал четыре атома унунсептия, подтвердив тем самым существование 117-го элемента таблицы Менделеева.

Унунсептий впервые был получен в российском Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ) в 2009 году. Для синтеза 117-го элемента мишень из 97-го элемента, берклия-249, полученного в Оукриджской национальной лаборатории (США), обстреливали ионами кальция-48 на ускорителе. Унунсептий формально относится к галогенам, однако его химические свойства ещё не изучены и могут отличаться от характерных для этой группы элементов.

В ходе длительного (более полугода) эксперимента было зарегистрировано 6 событий «рождения» 117-го элемента. Свойства распада изотопов унунсептия и его дочерних продуктов — изотопов элементов 115, 113, 111, 109, 107 и 105,  являются прямым экспериментальным доказательством существования «островов стабильности» сверхтяжёлых ядер.

Несмотря на достижение российских учёных, существование 117-го элемента не было признано Международным союзом теоретической и прикладной химии, поскольку требовало независимого подтверждения. Теперь этот элемент удалось синтезировать немецким исследователям.

Самый тяжёлый природный элемент — уран — имеет атомный номер (число протонов в ядре) 92. Элементы тяжелее урана получают в ядерных реакторах, самый тяжёлый из них — фермий с номером 100. Все более тяжёлые элементы были получены на ускорителях в реакциях ускоренных до больших энергий ионов с ядрами мишени. В результате образуются ядра сверхтяжёлых элементов, которые существуют очень короткое время, а затем распадаются. Так, период полураспада унунсептия составляет 78 миллисекунд. 

Отметим, что с 2000 по 2010 гг. физики из лаборатории имени Флерова в Объединённом институте ядерных исследований в подмосковной Дубне впервые синтезировали шесть самых тяжёлых элементов с атомными номерами со 113 по 118. Два из них уже официально признаны Международным союзом теоретической и прикладной химии и получили имена флеровий (114) и ливерморий (116). Заявка на открытие элементов 113, 115, 117 и 118 сейчас находится на рассмотрении.

Химики получили Нобелевскую премию за перенос экспериментов в киберпространство

Мартин Карплус (Martin Karplus), Майкл Левит (Michael Levitt) и Ариэ Варшель (Arieh Warshel) получили Нобелевскую премию по химии за разработку многоуровневых компьютерных моделей, используемых для предсказания и понимания сложных химических процессов. Три химика разделят денежную награду, которая составляет порядка $1,2 млн и будет вручена им на официальной церемонии в декабре.

Господин Карплус, которому сейчас 83 года, родился в Австрии и является заслуженным профессор Гарвардского и Страсбургского университетов. Он вместе с Майклом Левитом и Ариэ Варшелем приступил к своей работе в 1970-х, заложив основы модели, позволяющей одновременно симулировать процессы классической ньютоновской и квантовой физики. Работа оказалась весьма прогрессивной, предвосхитив эру, когда химические процессы моделируются не при помощи пластиковых шаров и палочек, а с применением мощных компьютерных симуляций.

«Если вкратце, мы разработали способ, требовавший наличие компьютера для того, чтобы проанализировать структуру протеина и понять в конечном итоге, какими именно свойствами он обладает, и что это за свойства, — отметил господин Варшель. — Если есть фермент, который способствует перевариванию пищи... необходимо понять, как это происходит — это знание можно использовать для создания лекарств или, в моём случае, для удовлетворения любопытства».

Учёные разработали способ, позволяющий исследователям отображать прежде невидимые человеческому глазу процессы, происходящие на атомном уровне, предоставив новый и более совершенный взгляд на динамику реакций, протекающих всего за доли миллисекунд (с подробным описанием их работы можно ознакомиться по ссылке Нобелевского комитета).

Синтезирован 117-й элемент таблицы Менделеева

Сегодня директор Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) Сикасян официально заявил, что в Лаборатории ядерных реакций (ЛЯР) им. Г. Н. Флерова при ОИЯИ впервые в мире синтезирован новый 117-й элемент Периодической таблицы Менделеева. Эксперименты под руководством академика Оганесяна проводились на ускорителе тяжелых ионов ЛЯР ОИЯИ в сотрудничестве с национальными лабораториями США в Ок-Ридже и Ливерморе, с университетом Вандербильта (СШ), а также Научно-исследовательским институтом атомных реакторов (Димитровград, Россия). Как отмечается в выпущенном по поводу такого события пресс-релизе на официальном сайте Объединенного института ядерных исследований, синтез нового элемента осуществлен в реакции ускоренных ионов кальция-48 с уникальной мишенью из изотопа искусственного 97-го элемента — берклия-249, период полураспада которого составляет всего 320 дней. Его наработка была осуществлена на самом мощном на сегодняшний день в мире атомном реакторе HIFR Национальной лаборатории США в Ок-Ридже. В ходе длительного (более полугода) эксперимента было зарегистрировано 6 событий «рождения» нового элемента. Свойства распада изотопов элемента 117 и его дочерних продуктов — изотопов элементов 115, 113, 111, 109, 107 и 105, вместе с ранее синтезированными в Дубне (именно в этом городке базируется ОИЯИ) изотопами элементов 112–116 и 118, являются прямым экспериментальным доказательством существования «островов стабильности» сверхтяжелых ядер. Время жизни новых изотопов элементов 115, 113 и 111, измеряемое секундами, позволяет исследовать их химические свойства существующими экспрессными радиохимическими методами: проверяется периодичность изменения химических свойств тяжелейших элементов на основе фундаментальных законов квантовой электродинамики, описывающих электронную структуру сверхтяжелых атомов. Как отмечается, подобные эксперименты с открытыми ранее изотопами элементов 112 и 114 уже проводятся в ЛЯР ОИЯИ в широком сотрудничестве с ведущими радиохимическими лабораториями мира. Подготовленная авторами открытия научная статья принята для публикации в известном американском журнале «Physical Review Letters». Напоследок стоит сказать пару слов об Объединенном институте ядерных исследований. ОИЯИ представляет собой международную межправительственную научно-исследовательскую организацию, созданная на основе Соглашения, подписанного одиннадцатью странами-учредителями 26 марта 1956 г. и зарегистрированная ООН 1 февраля 1957 г. Институт расположен в Дубне, что недалеко от Москвы. Среди основных направлений теоретических и экспериментальных исследований в ОИЯИ: физика элементарных частиц, ядерная физика и физика конденсированных сред. В составе ОИЯИ семь лабораторий, каждая из которых по масштабам исследований сопоставима с большим институтом. Штат насчитывает около 5000 человек, из них более 1200 ― научные сотрудники, около 2000 ― инженерно-технический персонал. Помимо 117-го, учеными Дубны впервые в мире были синтезированы новые, долгоживущие сверхтяжелые элементы с порядковыми номерами 113, 114, 115, 116 и 118. Материалы по теме: Источник:

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥