Фотосинтез — природный процесс превращения солнечного света в химическую энергию. Растения используют хлорофилл для поглощения света и преобразования углекислого газа и воды в глюкозу, выделяя при этом кислород. Этот процесс происходит через последовательное поглощение четырёх фотонов, что позволяет аккумулировать энергию для расщепления воды и выделения кислорода.

Вдохновляясь фотосинтезом, химики давно стремятся использовать видимый свет для проведения сложных химических реакций. Однако большинство известных фотокатализаторов поглощают лишь один фотон за раз, что ограничивает энергию и не позволяет запускать энергоёмкие процессы, необходимые для синтеза сложных органических соединений.

В нашей исследовательской группе Polyzos при Школе химии мы разработали новый класс фотокатализаторов, способных, подобно растениям, аккумулировать энергию нескольких фотонов. Это открытие позволяет эффективно использовать свет для проведения сложных химических реакций в мягких и экологичных условиях.

Мы применили эту технологию для получения карбанионов — важнейших отрицательно заряженных углеродных частиц, используемых в синтезе лекарств, полимеров и других материалов. Традиционные методы получения карбанионов требуют высоких энергозатрат, токсичных реагентов и низких температур, что создаёт экологические и технологические проблемы.

Используя нашу многофотонную фотокаталитическую систему, мы превращаем простые алкены — молекулы с углерод-углеродными двойными связями — в высокореактивные карбанионы, после чего быстро синтезируем сложные молекулы. Этот метод проходит в щадящих условиях, без токсичных металлов и с минимальным количеством отходов, что делает его перспективным для промышленного применения.

Мы успешно синтезировали важные лекарственные вещества, включая антигистаминные препараты, в один этап, используя доступные амины и алкены. Реакция хорошо масштабируется в промышленных реакторах непрерывного действия, подчёркивая её практическую значимость.

Этот подход открывает новые возможности для создания сложных органических молекул с помощью видимого света, сочетая эффективность и экологичность, и обходясь без тяжёлых металлов и агрессивных реагентов.

В будущем мы планируем расширить спектр реакций с использованием света, включая более разнообразные образования углерод-углеродных связей, а также объединить фотокатализ с ферментативным катализом. Ферменты, обладающие высокой селективностью, вместе с нашими фотокатализаторами смогут обеспечить синтез сложных трёхмерных молекул, важных для разработки новых лекарств.

Изучая фотосинтез и применяя его принципы, наша команда создаёт новую парадигму химического производства, где солнечный свет становится устойчивым и элегантным источником энергии для создания молекул, формирующих наш мир.

“В настоящее время мы выделили и описали 12 внеклеточных ферментов Lysobacter capsici, среди них есть ферменты против стрептококков, стафилококков, энтерококков, включая устойчивые к антибиотикам штаммы, а новый, 13-й, особенно эффективен против бацилл”, — сообщает старший научный сотрудник лаборатории биохимии клеточной поверхности Ирина Кудрякова – источник.

Почему это важно

• Устойчивость бактерий к антибиотикам становится глобальной угрозой, лечение тяжёлых инфекций требует новых подходов.

• В отличие от лекарств старого поколения, ферментные препараты не позволяют бактериям адаптироваться столь быстро.

• Разработка подобных антимикробных средств поддерживается грантами и входит в число приоритетов фундаментальной биомедицины России.

Современный бетон — один из самых широко используемых материалов в мире, уступающий по объему лишь воде. Однако производство цемента, основного компонента бетона, отвечает за до 10% глобальных выбросов CO2.

Исследователи из Вашингтонского университета и Microsoft создали низкоуглеродистый бетон, добавив в цемент измельчённые сухие морские водоросли. Такая смесь снижает выбросы парниковых газов на 21%, сохраняя прочность материала. Использование моделей машинного обучения позволило значительно ускорить поиск оптимального состава.

При производстве одного килограмма цемента выделяется почти килограмм CO2, в основном из-за сжигания ископаемого топлива и химических реакций при обжиге сырья. Морские водоросли, поглощающие углерод в процессе роста, могут частично заменить цемент, уменьшая углеродный след бетона.

Обычно разработка новых рецептур занимает годы, так как для оценки свойств образцов требуется длительное отверждение. Команда обучила модель машинного обучения на 24 вариантах смеси, что позволило быстро прогнозировать и тестировать новые составы. За 28 дней была найдена оптимальная формула с морскими водорослями, прошедшая проверку прочности.

В дальнейшем учёные планируют изучить влияние разных видов водорослей и других природных отходов на свойства бетона. Цель — создать локальные экологичные альтернативы цементу и ускорить их внедрение с помощью современных цифровых технологий.

Таким образом, сочетание природных материалов и машинного обучения открывает путь к более устойчивому строительству с меньшим воздействием на климат.

Всезнайка не видит ничего, кроме поверхностных, количественно выразимых соотношений мира, наукой он интересуется ради технического прогресса или ради предсказания реальности. Количественные соотношения, выразимые в математических формулах, можно усложнять и расширять до бесконечности, но они всё так же остаются пустыми соотношениями, без конца и начала, и нисколько не приближают к разгадке тайны вселенной, а только открывают за собой новые точно такие же соотношения. От технического прогресса вреда больше чем пользы: благодаря прогрессу создаются орудия массовых убийств; предсказания реальности невозможны, разве что в очень узких рамках и вопросах, которые не стоят ломанного гроша: если ты даже не знаешь, что будет с тобой завтра - в любой день каждого из нас может забрать внезапная смерть, - что говорить о судьбах всего мира?

Наука не знает человека как единственную и неповторимую личность, для науки существует только принципиально заменимый индивид, экземпляр класса как совокупность признаков характера или свойств организма. Именно поэтому в политических режимах, провозглашавших прогресс своей целью, во имя прогресса общечеловечества уничтожались живые и конкретные люди: в совецком коммунистическом режиме убивали представителей чуждых социальных классов, в гитлеровской германии убивали евреев.

Научное мировоззрение – признак упадка духа: ради своего мнимого господства над жизнью научный человек отказывается от непознаваемой глубины и уходит на поверхность, легко выразимую плоскими рассудочными схемами. Научное мировоззрение может удовлетворить только поверхностные умы, довольствующиеся узким обывательским горизонтом. Люди, которые хотят жизни и простора, никогда не станут довольствоваться теснотой и духотой псевдонаучного миросозерцания и всегда будут искать истину на просторах бесконечности.

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки создал новый наноматериал, который может одновременно находить рак, лечить его и помогать иммунной системе бороться с болезнью. В отличие от обычных наноматериалов, которые делают только одну из этих задач, этот новый материал работает сразу по нескольким направлениям, что делает лечение намного эффективнее. Учёные надеются, что это станет основой для новых методов лечения рака с помощью нанотехнологий.

Сейчас рак лечат в основном операциями, лучевой терапией и химиотерапией. Но эти методы имеют большой недостаток — они повреждают не только больные клетки, но и здоровые, из-за чего у пациентов часто бывают серьёзные побочные эффекты.

Лечение рака с помощью наноматериалов — это современный подход, который позволяет точнее доставлять лекарства именно к раковым клеткам, не затрагивая здоровые ткани. Это возможно благодаря особым свойствам материалов на наноуровне. Кроме того, новые технологии позволяют подбирать лечение индивидуально для каждого пациента, учитывая его генетику, что снижает побочные эффекты и повышает эффективность.

Исследователи из KRISS Nanobio создали особый наноматериал в форме трёхслойного диска — внутри находится железо, а снаружи — золотые пластины. Такая конструкция делает материал прочнее и стабильнее, чем обычные шарики. Ещё одно преимущество — железо внутри реагирует на магнит, поэтому если рядом с опухолью поставить магнит, наноматериал будет притягиваться именно туда, где нужно лечить.

Этот нанодиск умеет показывать, где находится опухоль, благодаря специальной технологии фотоакустической визуализации. Это значит, что врачи могут в реальном времени видеть, как наноматериал накапливается в опухоли и когда лучше начать лечение. В экспериментах на животных выяснили, что самое подходящее время для лечения — примерно шесть часов после введения наноматериала.

Кроме того, нанодиск использует сразу три способа лечения. Во-первых, он нагревается под светом и этим убивает раковые клетки (фототермальная терапия). Во-вторых, железо помогает вызывать химические реакции, которые разрушают опухоль (химико-динамическая терапия). В-третьих, он вызывает особый процесс — ферроптоз, который тоже убивает раковые клетки.

После того как нанодиск уничтожает раковые клетки, он помогает иммунной системе распознать и запомнить их, чтобы при повторном появлении рака организм мог быстрее и сильнее с ним бороться. В опытах на животных количество иммунных клеток увеличивалось в три раза благодаря этому наноматериалу.

Доктор Ли Ын Сук, ведущий автор исследования, сказал: "В отличие от обычных наноматериалов, которые состоят из одного элемента и делают только одну работу, наш материал объединяет свойства золота и железа и выполняет сразу несколько важных функций".

Таким образом, этот новый наноматериал — это многофункциональное средство, которое поможет точнее и эффективнее лечить рак, снижая вред для организма и активируя защиту иммунной системы.

Публикация взята с сайта: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1385894724106286?via=ihub