September 8th, 2020

Новый тип мета-ДНК открывает путь к оптоэлектронике и синтетической биологии



Команда ученых из США и Китая представила технологию сборки нитей ДНК в структуры микронного размера, в 1000 раз больше, чем существующие наноструктуры из ДНК. Это открытие позволит преобразить нанотехнологии, оптоэлектронику и синтетическую биологию.

Предсказуемый характер соединения пар азотистых оснований и их структурные свойства позволили использовать ДНК в качестве универсальных строительных блоков для создания сложных инженерных конструкций и устройств в наномасштабе. Прорывом в технологии ДНК стало изобретение ДНК-оригами, когда длинные цепочки складываются в нужные формы с помощью сотен коротких. Однако, собирать нечто более крупное — в масштабе микрона или миллиметра — очень трудно.

Специалисты из Университета Аризоны и Шанхайского университета транспорта разработали структуры «мета-ДНК» микронного размера — диаметром примерно с волос человека и в 1000 раз больше, чем наноструктуры из ДНК. Они продемонстрировали, что пучок из шести спиралей ДНК в этой «мета-ДНК» может выступать как аналог одноцепочечной ДНК, а две мета-ДНК, содержащие комплиментарные «мета — спаренные основания» могут формировать двойные спирали с программируемой жесткостью и шагом, сообщает Phys.org.

С помощью мета-ДНК они сконструировали несколько узлов с несколькими элементами, трехмерные многогранники и различные двух- и трехмерные решетки. Точечно меняя гибкость, они смогли создать ДНК-структуры размером около одного микрометра или микрона разнообразных геометрических форм: четырехгранники, восьмигранники, призмы.

Практическую пользу этого достижения сложно переоценить: в будущем при помощи мета-ДНК можно будет изготавливать молекулярные моторы и наноустройства для биосенсоров и молекулярных вычислительных машин.

promo luckyea77 june 19, 23:05 11
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…

Найдена причина легкого достижения ремиссии диабета у животных



Открытие ляжет в основу новых вариантов лечения болезни, которые будут направлены на достижение стойкой ремиссии, а не только на рутинное снижение уровня сахара в крови. Существующие варианты лечения держат болезнь под контролем, однако с возрастом диабет вызывает необратимые осложнения на многие системы организма.

Ученым известно, что экспериментальное лечение — однократная инъекция белка под названием фактор роста фибробластов 1 — восстанавливает нормальный уровень сахара в крови грызунов на длительный период. Это легкое достижение ремиссии, с точки зрения простоты терапии, — пока еще плохо изученное явление. Новая работа ученых из США и Дании дает новое понимание механизмов, лежащих в основе этой особенности. Их выводы опубликованы на сайте Вашингтонского университета.

Согласно одному из последних исследований в этой области, фактор роста фибробластов 1 восстанавливает поврежденные диабетом перинейрональные сети — молекулы внеклеточного матрикса, которые окружают синапсы и оказывают влияние на нейроны, участвующие в контроле уровня сахара в крови.
Collapse )

Нейробиологи: в понимании работы мозга у Neuralink нет никаких прорывов



По мнению Илона Маска, предпринимателя и основателя Neuralink, будущее человечества зависит от того, успеем ли мы вживить себе в мозг импланты, прежде чем искусственный интеллект захватит власть. Нейробиологи, оставив в стороне мрачные прогнозы о грядущей войне машин и людей, полагают, что даже при самых оптимистичных прогнозах практическая польза от нейрочипов в лечении отдельных заболеваний появится не раньше, чем через 10 лет. Говорить же о возможности полного слияния мозга и компьютера на данном этапе развития науки вообще бессмысленно — у нас просто нет таких знаний.

28 августа Илон Маск и его команда представили новейшее обновление нейрочипа, разработанного компанией Neuralink и продемонстрировала работу имплантов на мозге свиньи. Чипы Link стали меньше и по размеру (23 на 8 мм), и по количеству электродов — 1024 против 3072 в модели прошлого года. Устройство вживляется в мозг, чип спрятан под кожей. Он передает данные по bluetooth и дистанционно подзаряжается. Во время демонстрации работы импланта Link передавал активность нейронов свиньи Гертруды, когда она искала и находила еду. На примере другой свиньи Маск показал, что установка и последовавшее удаление нейрочипа никак не повлияли на ее мозг и здоровье.

Neuralink рассчитывает, что однажды такие, но еще менее инвазивные импланты станут применяться в медицинских целях, помогая пациентам с потерей памяти, депрессией, судорогами и травмами мозга.

Презентация вызвала восторженную реакцию у публики и скептическую у специалистов. Чип Link на самом деле не показал ничего такого, что не могли бы делать неинвазивные сканеры мозговой активности в виде шапочек с электродами. Через них можно сегодня управлять компьютером и играть в простые игры, не говоря о считывании более простых мозговых волн. И все это без физического вторжения в мозг.
Collapse )

Физики подтвердили, что квантовый мир еще страннее, чем казался



Новые экспериментальные доказательства необычного поведения и без того странных частиц энионов нашли ученые из США. Они обладают характеристиками, которых нет у других субатомных частиц, в частности, дробным зарядом и дробной статистикой, а также сохраняют «память» о взаимодействиях с другими квазичастицами, включая квантово-механические фазовые переходы.

Своим названием эти частицы обязаны физику-теоретику Фрэнку Вильчеку, а также собственному странному поведению, поскольку, в отличие от прочих типов частиц, энионы могут приспособиться к любой (англ. any) квантовой фазе, когда их позиции меняются.

До появления доказательств существования энионов в 2020 году физики разбивали частицы на две категории: бозоны и фермионы. Электроны — пример фермионов, а фотоны — бозонов. Одно характерное отличие фермионов от бозонов — то, как частицы ведут себя, когда сплетаются друг вокруг друга. Энионы же действуют так, будто у них есть дробный заряд. Еще любопытнее, что они создают нетривиальный фазовый переход, когда сплетаются друг вокруг друга. Из-за этого у энионов может возникнуть нечто вроде памяти взаимодействий, пишет Phys.org.

«Энионы существуют только как коллективное возбуждение электронов в особых обстоятельствах, — сказал профессор Майкл Манфра, один членов исследовательской группы. — Но у них есть эти несомненно классные свойства, например, дробный заряд и дробная статистика. Это забавно, потому что, казалось бы, как у них может быть заряд меньше, чем элементарный заряд электрона? Но так и есть». Когда бозоны или фермионы возбуждены, они генерируют фазовый фактор либо плюс один, либо минус один, соответственно.

Есть у энионов еще одно топологическое свойство — их свойства более стабильные, чем у других квантовых частиц. Команда физиков из Университета Пердью смогла продемонстрировать это поведение, направив электроны через наноструктуры интерферометра, напоминающие лабиринт. Они охладили устройство до 10 милликельвинов и воздействовали на него мощным магнитным полем силой 9 Тл. Электрическое сопротивление в интерферометре сгенерировало интерференционную картину, в которой ученые обнаружили присутствие энионов.

«Это определенно одна из самых сложных и комплексных вещей в экспериментальной физике», — сказал Четан Найак, физик-теоретик из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Следующим шагом исследователей станет применение еще более сложных интерферометров, с помощью которых они смогут контролировать местоположение и число квазичастиц внутри интерферометра, а также менять по желанию картину интерференции.

Созданы новые хирургические инструменты с интеллектуальными датчиками



Ученые создали новый класс медицинских инструментов, оснащенных системой мягкой электроники, он улучшает диагностические и терапевтические вмешательства при минимально инвазивных операциях. В новой статье, опубликованной в журнале Nature Biomedical Engineering, исследователи во главе с инженерами из Университета Джорджа Вашингтона и Северо-Западного университета рассказали о своих результатах.

Во многих малоинвазивных хирургических вмешательствах используются катетеры, вводимые в тело через небольшие разрезы для проведения диагностических измерений и терапевтических вмешательств. Врачи, например, используют этот подход на основе катетера для картирования и лечения нерегулярных сердечных сокращений или аритмий, часто путем обнаружения и уничтожения или удаления области сердечной ткани, которая вызывает аритмии.

Несмотря на широкое применение в хирургии, нынешний катетерный подход имеет ряд недостатков. Жесткость современных катетерных устройств приводит к тому, что они плохо прилегают к мягким биологическим тканям. В конечном итоге это влияет на высокоточное отображение электрофизиологических сигналов органа. Современные устройства контактируют только с небольшой частью органа за один раз, поэтому необходимо постоянно перемещать зонд, что удлиняет медицинские процедуры. Кроме того, существующие катетерные системы также ограничены по количеству функций, которые они могут выполнять, что требует от врачей использования нескольких катетеров в одной процедуре абляции.

Стоит учитывать, что длительные процедуры — например, для определения местоположения и удаления тканей, вызывающих аритмию, — рискуют подвергнуть и пациента, и врача потенциально опасному рентгеновскому излучению, поскольку врачи полагаются на рентгеновские изображения во время операции для направления своих катетеров.

Все эти сложности вдохновили разработчиков на создание нового класса медицинских инструментов, оснащенных передовой системой мягкой электроники, которая может значительно улучшить диагностику и лечение ряда сердечных заболеваний и состояний.

Разработчики применили растягивающиеся и гибкие матрицы электродных датчиков и исполнительных механизмов, а также датчиков температуры и давления к баллонному катетеру. Эта система часто используется при минимально инвазивных операциях или абляции для лечения таких состояний, как сердечная аритмия.

Новая система, которая лучше приспосабливается к мягким тканям тела, чем существующие устройства, может выполнять множество функций. Речь идет об одновременном измерении in vivo температуры, силы контакта и электрофизиологических параметров; возможность настройки диагностических и терапевтических функций; обратная связь в реальном времени. Новая система также может значительно сократить продолжительность инвазивных процедур абляции и облучение пациентов и врачей рентгеновским излучением.