Ученые НИЦ "Курчатовский институт" предложили новый подход для получения нетканых материалов, которые можно использовать в качестве эффективных сорбентов для ликвидации разливов нефтепродуктов с поверхности воды.
Результаты работы опубликованы в научном журнале Fibre chemistry:
Полистирол – один из самых распространенных полимеров для изготовления строительных, упаковочных, медицинских материалов. Из него также можно получать нетканые материалы методом электроформования – вытягивания ультратонких волокон из раствора или расплава полимера под действием электрического поля высокой напряженности. Эти материалы востребованы для решения многих задач в различных областях.
Нетканые материалы получают не только из чистого полистирола, но и из его смеси с другими полимерами. В этом случае требуется растворитель, подходящий для всех компонентов. Также в раствор могут вводиться различные наполнители - минеральные или органические вещества. За счет выбора оптимальных растворителей и их сочетаний можно гибко регулировать характеристики получаемых волокон, и это — одно из   достоинств метода электроформования.
Ученые НИЦ "Курчатовский институт" исследовали, как разные растворители влияют на процесс электроформования полистирола и свойства получаемых материалов. Так, в ходе эксперимента выяснилось, что добавление в раствор этилового спирта приводит к снижению среднего диаметра волокон в результате уменьшения вязкости и повышения электропроводности растворов. А лучшие результаты были получены при использовании растворителя диметилформамида: материалы с его применением имеют самые тонкие волокна (менее 2,5 мкм) и самую высокую сорбционную емкость – до 185 г/г (то есть 1 г сорбента способен впитать в себя 185 г вещества – например, масла). 
"В конечном итоге было показано, что для достижения наибольшей сорбционной емкости и получения "суперсорбентов" необходимы материалы, сочетающие минимальную плотность упаковки волокон с их малым диаметром, причем  сохраняющие эти характеристики в процессе эксплуатации. Такие гидрофобные (не вступающие во взаимодействие с водой) материалы будут чрезвычайно эффективны для очистки водоемов от разливов нефтепродуктов, существенно превосходя используемые в настоящее время сорбенты", - сообщил Сергей Малахов, старший научный сотрудник Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий.
Исследования ученых Курчатовского института в этой области важны также для создания новых материалов для устройств органической электроники, высокотехнологичной медицины и других областей.

Специалисты Крымского федерального университета им. В.И. Вернадского и НИЦ "Курчатовский институт" исследовали три зеркала-подвески сарматского типа, найденные на территории Керченского полуострова.
Это не просто предметы быта, а настоящие произведения искусства. Зеркала такого типа появились на рубеже I и II веков нашей эры и использовались до начала III века.
Состав зеркал был изучен с помощью рентгенофлуоресцентного анализа. Выяснилось, что все они сделаны из сплава меди, олова и свинца; такой состав обеспечил объектам высокое качество и долговечность. При этом количественное соотношение компонентов различается. Так, одно из зеркал, сохранившееся лучше всего, содержит около 34,5% олова и 8,4% свинца. Высокое содержание олова сделало его менее подверженным коррозии и сохранило его серо-серебристый цвет. Такие зеркала ценились за высокую отражательную способность и цвет, имитирующий солнечный или лунный диск. По словам исследователей НИЦ "Курчатовский институт", материал этого артефакта можно отнести к категории высокооловянистых "белых бронз", тогда как два другие не содержат значительных концентраций олова. Для оловянных бронз содержание олова должно было составлять не больше 26% и не меньше 18% – это позволяло проводить горячую ковку без предварительного отжига.
Сложной задачей стало выявление деталей орнамента зеркал: из-за активной коррозии и плохой сохранности металла их невозможно расчистить, не повредив декорированную поверхность. С помощью рентгеновской томографии специалисты лаборатории естественно-научных методов в гуманитарных науках Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий уточнили и слабо различаемые из-за коррозии детали декора, и технологию изготовления изделий.
"Проводимые ранее в Курчатовском институте исследования древних артефактов показали, что орнамент на сильно корродированных металлических предметах может выявляться с помощью томографии. На поверхности зеркала с наилучшей сохранностью мы обнаружили слой коррозии толщиной 0,2-3 мм. В толще диска выявили сферические пустоты диаметром до 0,5 мм, характерные для метода отливки. Рентгеновская томография позволила уточнить и детали рельефного орнамента на этом зеркале. На его поверхности мы различили три концентрические окружности диаметром около 22, 26 и 38 мм; пространство между внешней и средней окружностями заполнено радиально расходящимися лучами", – рассказала Екатерина Коваленко, научный сотрудник Курчатовского комплекса синхротронно-нейтронных исследований
Зеркала-подвески, найденные на территории Керченского полуострова, аналогичны изделиям, обнаруженным ранее в археологических памятниках Нижнего Дона, Северного и Центрального Кавказа. Они содержат высокие концентрации олова, для их изготовления использовали двойные сплавы системы медь-олово и тройные, содержащие свинец в качестве легирующей добавки.
Исследование артефактов методом рентгеновской томографии предоставило дополнительную информацию не только об их декоре, но и о размере: по изученному фрагменту одного из зеркал ученые оценили исходный диаметр предмета и размеры основных элементов орнамента.
 

Специалисты Института фотонных технологий Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники совместно со специалистами Института биохимии А.Н. Баха ФИЦ Биотехнологии РАН выявили способность мембран клеток пекарских дрожжей становиться временно проницаемыми при использовании лазерной биопечати. В перспективе это свойство может стать основой нового метода введения в клетку различных веществ.
Лазерная биопечать — технология, с помощью которой можно создавать трехмерные объекты с использованием живых клеток и биоматериалов в соответствии с заданной компьютерной моделью. Биоматериал в виде геля ("биочернила") наносится на подготовленную поверхность с металлическим слоем толщиной в десятки нанометров. Этот слой при поглощении лазерного излучения резко нагревается, что приводит к образованию в геле пузырька. Затем слой геля выталкивается на поверхность, и образуются микрокапли. Сам процесс "печати" — их перенос в различные питательные среды и на поверхности.
"При переносе клеток дрожжей Saccharomyces Cerevisiae мы обнаружили свойство их мембран становиться проницаемыми в процессе биопечати. Этот эффект временный, после переноса в питательную среду он устраняется, при этом сами клетки сохраняют жизнеспособность, — комментирует Вячеслав Жигарьков, научный сотрудник Института фотонных технологий Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники. — Это свойство может создавать новые возможности для развития инструментов генетического редактирования. Через образовавшиеся полости можно, к примеру, внедрять молекулы ДНК, наделяя клетки нужными качествами".
Изменения в клетках во время биопечати пока малоизучены. "В частности, особое значение имеет подбор штаммов микроорганизмов: некоторые штаммы культивировались хуже или вовсе не приживались. Это говорит о дифференциации, механизмы которой необходимо изучать", — отмечает ученый.
Вячеслав Жигарьков полагает, что открытия на этом направлении могут стать прорывными для биотехнологии.

Широкое распространение патогенных бактерий, устойчивых к применяемым антибиотикам, диктует необходимость разработки новых антибактериальных препаратов.
Так, крайне интересным представляется использование антимикробных пептидов — белковых молекул, состоящих из 12–50 аминокислотных остатков. Они являются перспективной альтернативой традиционным антибиотикам, так как обходят многие механизмы резистентности, не являются токсичными, легко синтезируются и обладают высокой скоростью действия. Более того, некоторые виды таких пептидов давно "используются" в природе и доказали свою эффективность в ходе эволюции. Речь идет о пролин-богатых антимикробных пептидах, которые синтезируются в организмах многих животных для защиты своих хозяев от бактериальных инфекций.
Сотрудники НИЦ "Курчатовский институт" совместно с коллегами из Института биоорганической химии имени академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова и МГУ имени М.В. Ломоносова изучили семейство антимикробных пептидов, широко распространенных среди жвачных млекопитающих. В результате был обнаружен новый класс пролин-богатых антимикробных пептидов, получивший название "румицидины" (от латинского Ruminantia — "жвачные"). При помощи геномного майнинга они подверглись тщательному исследованию как со структурной, так и с функциональной точки зрения для детального определения механизма их ингибирующего действия на клетки бактерий.
Было показано, что основной механизм действия румицидинов — нарушение биосинтеза белка бактерий. Проникая в бактериальную клетку, эти пептиды связываются с рибосомой и блокируют ее работу.
— Структурное исследование румицидинов проводилось методом криогенной электронной микроскопии на базе Ресурсного центра Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий. Наша подгруппа выяснила, как именно румицидин располагается в выходном канале, были обнаружены контакты, которые он образует с частями рибосомы. Это ключевая информация, потому что позволяет предположить, какие элементы важны для этого взаимодействия, а какие не так принципиальны. Мы можем изменить последовательность антимикробного пептида для того, чтобы, например, усилить прочность его контактов с каналом, или можем вводить какие-то модификации, — рассказывает Елена Полесскова, старший научный сотрудник Отделения молекулярной и радиационной биофизики НИЦ "Курчатовский институт" – ПИЯФ.
Широкий спектр антибактериальной активности, высокая эффективность в модели инфекции животных и отсутствие побочных эффектов в отношении человеческих клеток in vitro делают румицидины перспективными молекулами для разработки антибиотиков, нацеленных на рибосомы.
 

Объективная оценка сортового состава вина — важная задача для развития винодельческой отрасли. "Это имеет значение для определения подлинности вина. Например, сейчас, на наших глазах, рождается российский рынок премиальных вин, где подлинность играет решающую роль. Еще одна задача — отслеживание качества импорта", — комментирует Дмитрий Федосов, начальник лаборатории генетических технологий виноградарства и виноделия НИЦ "Курчатовский институт".
Для определения сорта винограда в вине сегодня используют различные хроматографические методы, основанные на анализе летучих и фенольных соединений. Но эти методы требуют сложного оборудования и высококвалифицированных специалистов. А для отрасли первостепенное значение имеют экономичность и скорость проведения анализа, а также его воспроизводимость.
Одним из возможных решений в этом направлении могут быть спектроскопические методы, например трехмерная флуоресцентная спектроскопия. "Вино характеризуется уникальным составом, в том числе и набором флуоресцентных соединений, молекулы которых начинают излучать свет при поглощении света определенной длины волны. Это можно сравнить с отпечатком пальца, который всегда индивидуален. Метод флуоресцентной спектроскопии позволяет быстро и точно получить этот “отпечаток” c наглядной графической интерпретацией в виде 3D-поверхности или контурной карты для каждого сорта винограда", — рассказывает Яна Сергеева, начальник лаборатории глубокой переработки биомассы НИЦ "Курчатовский институт".
Метод флуоресцентной спектроскопии используется в пищевой промышленности для оценки качества продуктов с конца XX века. Однако в виноделии его применение было ограничено из-за недостатка исследований с достоверными результатами. В НИЦ "Курчатовский институт" изучили возможности этой методики для сортовой идентификации вина. Методом флуоресцентной спектроскопии были проанализированы по шесть образцов вин российского производства: белых (Ркацители, Алиготе) и красных (Саперави, Мерло). Были выявлены уникальные специфические профили — молекулярные "отпечатки", характерные для каждого сорта винограда.
По словам ученых, метод настолько прост, что его могут использовать специалисты без химического образования — достаточно научиться работе с оборудованием. Кроме того, он не требует сложной пробоподготовки. Методика будет совершенствоваться по мере применения. "Сейчас мы можем определять сорт винограда в готовой винодельческой продукции, и с накоплением базы данных вин различных сортов, регионов и производителей анализ будет становиться еще точнее", — поясняет Дмитрий Федосов.

В мире элементарных частиц существует загадочное явление — "реакторная антинейтринная аномалия", породившая множество гипотез и экспериментов. При изучении антинейтрино (элементарных частиц, возникающих при распаде ядер атомов в ядерных реакторах) ученые сталкиваются с неожиданным явлением — дефицитом событий относительно предсказаний различных моделей. Иными словами, в эксперименте регистрируется меньше антинейтрино, чем "должно быть" по расчетам.
В НИЦ "Курчатовский институт" предложили "альтернативную" теоретическую модель. При бета-распаде продуктов деления тяжелых изотопов возникает одно электронное антинейтрино и один бета-электрон. В большинстве случаев в реакторных нейтринных экспериментах измеряют потоки антинейтрино. А эксперимент, проведенный в Курчатовском институте на установке "Бета" на реакторе ИР-8, был направлен на измерение числа бета-электронов.
Комментирует Даниэль Попов, младший научный сотрудник отделения физики нейтрино НИЦ "Курчатовский институт":
— В идеальном случае, если бы мы одновременно и точно измеряли антинейтрино и бета-электроны от одного бета-распада, показания детекторов должны были бы совпадать. Однако в реальности электроны более "охотно" взаимодействуют с детектором, что упрощает их обнаружение. Поскольку антинейтрино и бета-электрон в результате бета-распада всегда образуются вместе, их характеристики тесно связаны друг с другом. Измерив в лабораторных условиях характеристики бета-электронов, можно получить характеристики антинейтрино.
В нашем случае это и было сделано: по данным первого цикла измерений бета-электронов продуктов деления урана и плутония мы построили модель реакторных антинейтрино КИ. Наша установка уникальна, никто в мире на сегодня не занимается подобными работами. А поскольку на нашу модель не влияет эффект "дефицита антинейтрино", то она лучше других на сегодняшний день описывает результаты реакторных нейтринных экспериментов и активно обсуждается в мировой литературе.
Осцилляции нейтрино изучают в масштабном международном эксперименте Daya Bay (проводится на АЭС Даяван (КНР), в коллаборации участвуют ученые из Китая, России, США и других стран). Эксперимент собрал около 4,7 миллиона событий, то есть взаимодействий частиц. Чтобы проверить точность данных, ученые сравнили их с прогнозами, сделанными на основе различных теоретических моделей. Оказалось, что результаты эксперимента Daya Bay согласуются с предсказаниями модели Курчатовского института.
"Нейтринный метод универсален, применим не только для энергетических реакторов ВВЭР, но и для ядерных объектов других типов, в основе которых лежит реакция деления — в частности, для реакторов на быстрых нейтронах, реакторов на расплавах солей, для маломощных плавучих атомных энергоблоков. Чем лучше мы понимаем свойства и взаимодействия антинейтрино с веществом, тем точнее и надежнее будет работать нейтринный метод контроля ядерных объектов атомной отрасли", — отметил Д. Попов.
Справочно
Физика реакторных антинейтрино — область, где фундаментальные исследования пересекаются с практикой. Еще в 1980-е годы в Курчатовском институте Лев Микаэлян предложил использовать антинейтрино для удаленного, независимого мониторинга работы ядерных реакторов. Антинейтрино, возникающие в процессе работы реактора, содержат информацию о его тепловой мощности, составе ядерного топлива и конструкции активной зоны. Эти частицы легко покидают активную зону реактора и могут быть зарегистрированы специальными детекторами даже на значительном расстоянии от АЭС.
Сегодня НИЦ "Курчатовский институт" занимает лидирующие позиции в изучении нейтрино. Исследования ученых Центра позволили сформировать новое научное направление — прикладную физику реакторных антинейтрино. Впервые в мировой практике на атомных электростанциях были проведены эксперименты, демонстрирующие потенциал этой технологии для повышения безопасности и эффективности атомной энергетики.
В 2022 году ученые Центра Михаил Скорохватов и Владимир Копейкин были удостоены Государственной премии РФ в области науки и технологий за разработку метода дистанционного измерения ключевых параметров атомных реакторов с помощью реакторных антинейтрино.

Серебро и его соединения издревле применяются человечеством в медицинских целях. Например, в настоящее время наночастицы серебра и соединения серебра с серой активно используют для терапии ран и ожогов. Серебром покрывают кардиостимуляторы и имплантаты для повышения их биосовместимости. Кроме того, ученые изучают возможности терапии наночастицами серебра при нейродегенеративных заболеваниях: болезнях Альцгеймера и Паркинсона, рассеянного склероза.
В то же время современные исследования показывают и токсичные свойства серебра — в частности, его способность оказывать негативное воздействие на функции ЦНС. Поэтому ученые ищут формы применения, оптимально сочетающие терапевтические свойства и безопасность.
В лаборатории нанокапсул и адресной доставки лекарственных средств НИЦ "Курчатовский институт" сравнили нейротоксическое действие наночастиц серебра и цитрата серебра. Исследование проводили на лабораторных животных, которые в течение длительного срока получали ежедневные дозы этих веществ.
У мышей, получавших наночастицы серебра, наблюдали три этапа изменений поведенческих и когнитивных функций. Сначала животные становились более тревожными, затем начинали активнее исследовать окружающую среду, адаптируясь к токсину, а далее их активность снижалась, а долговременная память ухудшалась. Цитрат серебра привел к иному результату: вначале мыши также испытывали тревогу, но затем наблюдалось устойчивое повышение активности, улучшение чувствительности и долговременной памяти.
"Воздействие серебра является стрессом для нервной системы. Но цитрат серебра вызывает эустресс, то есть “хороший” стресс, активирующий внутренние ресурсы организма. В этом случае повышенная тревожность сменяется компенсаторным улучшением когнитивных функций, — рассказывает Анна Анциферова, ведущий научный сотрудник лаборатории. — А наночастицы серебра запасаются в тканях в виде депо ионов, постепенно их высвобождая. Таким образом они индуцируют хронический стресс, который и становится причиной дистресса — декомпенсации и угнетения функций организма. Это мы и наблюдали в форме снижения долговременной памяти лабораторных мышей".
Таким образом, исследование подтвердило, что хелатный комплекс — цитрат серебра — может быть более предпочтительной формой для использования в медицине благодаря меньшему токсическому эффекту и способности улучшать когнитивные функции. Это может быть полезно для разработки новых методов лечения нейродегенеративных заболеваний.

В лаборатории глубокой переработки биомассы Курчатовского комплекса НБИКС-природоподобных технологий изучают физиологию фототрофных микроорганизмов — микроводорослей и цианобактерий. Эти микроорганизмы способны синтезировать и накапливать ценные биологически активные соединения: фикобилипротеины, хлорофиллы, каротиноиды, эссенциальные жирные кислоты.
Ученые работают над совершенствованием методов культивирования фототрофных микроорганизмов и извлечения из биомассы полезных веществ для дальнейшего использования.
"Один из модельных объектов исследования — цианобактерия Arthrospira platensis. Этот микроорганизм синтезирует С-фикоцианин — пигмент-белковый комплекс насыщенного синего цвета, который широко применяется в качестве красителя в пищевой и косметической промышленности, — рассказывает Яна Сергеева, начальник лаборатории глубокой переработки биомассы НИЦ "Курчатовский институт". — Также в результате многочисленных исследований установлено, что С-фикоцианин обладает антиоксидантными свойствами. Кроме того, результаты опытов in vitro и in vivo доказали его фармакологическую активность, что открывает перспективы для использования этого вещества в медицине".
Вместе с опытными учеными исследованиями A. platensis на площадке Курчатовского института занимаются студенты и аспиранты различных вузов. Они изучают влияние различных факторов на рост цианобактерии и накопление ценных метаболитов, оптимизируют способы выделения и очистки С-фикоцианина.
"Мы изучаем возможность направленного воздействия на синтез цианобактериями целевых соединений путем изменения условий освещения при культивировании. Выяснилось, что интенсивность света, как и длина волны света, влияет на скорость роста A. platensis, соотношение фотосинтетических пигментов, а также на степень ненасыщенности клеточных липидов. Таким образом, при правильном управлении адаптационными механизмами выживания цианобактерии в неблагоприятных условиях можно повысить выход биомассы", — рассказывает Влада Хлевная, аспирантка МГУ им. М.В. Ломоносова.
Еще один молодой исследователь, Олег Однорал, магистрант МЭИ, отмечает: увеличение длины волны монохромного источника освещения — от синего к красному — способствует ускорению роста бактерий. Использование смешанного освещения (красных и синих светодиодов) вместо традиционных люминесцентных ламп привело к значительному увеличению выхода биомассы и С-фикоцианина:
— Конечным результатом может стать создание универсальных панелей освещения для фотобиореакторов, что обеспечит высокий выход биомассы и ценных соединений с меньшими энергозатратами.
Тематика Екатерины Дьяченко, студентки Московского политехнического университета, — рост Arthrospira platensis на питательной среде, где вместо водопроводной воды взяты поверхностные сточные воды. По ее данным, такая альтернатива вполне возможна: "Статистически значимых различий как в скорости роста, так и в количестве накопленной биомассы выявлено не было". Для промышленного культивирования это означает возможность снижения расхода водопроводной воды. Кроме того, Е. Дьяченко исследует перспективы применения биомассы A. platensis в качестве биоудобрений (на модели выращивания кресс-салата).
Сергей Викторов, студент МФТИ, занимается оптимизацией процессов выделения С-фикоцианина из биомассы цианобактерии:
— В результате проведенных исследований подобраны оптимальные методы выделения и очистки С-фикоцианина, исключая традиционно используемую стадию хроматографической очистки. При этом обеспечивается достаточный выход конечного продукта. А индекс чистоты полученного нами С-фикоцианина соответствует требованиям для применения данного соединения в терапевтических целях — например, в качестве компонента ранозаживляющих покровных материалов.

- Самцы гигантской пресноводной креветки могут достигать впечатляющих размеров - до 320 миллиметров в длину и 250 граммов веса. Естественный ареал обитания этого вида - тропические пресноводные водоемы Южной и Юго-Восточной Азии. Однако существуют высокие перспективы его культивирования и в России, особенно в южных регионах, - рассказывает кандидат биологических наук Антон Полин.
Дело в том, что осолонение Азовского моря идеально подходит для разведения этого вида креветок. Важной особенностью его биологии является то, что в природе креветки Розенберга начинают развиваться в осолоненных участках (10 - 20 промилле), а затем переходят к придонному образу жизни и мигрируют в пресные водоемы, где проводят остаток жизни. На базе аквариального комплекса уже успешно прошел нерест первой самки-производителя.
- В связи с этим перед специалистами Центра аквакультуры остро стоит вопрос определения оптимальной солености для подращивания молоди на ранних этапах, а также выявления наиболее эффективного режима опреснения при выращивании, - отметил Антон Полин.
Дальнейшее экспериментальное выращивание молоди до товарной массы планируют проводить в прудах научного центра аквакультуры "Взморье" в Азовском районе Ростовской области.
Впрочем, креветки Розенберга - не единственные перспективные вселенцы для аквакультуры региона. В Состинских озерах Калмыкии обнаружены японские креветки (Macrobrachium nipponense). Изначально они обитали только в озере Замвита, но теперь расселились в озерах Киркита и Харэрга. Средний улов составляет 112 особей за одну промысловую операцию.
Источник: "Российская газета"

Специалисты ФИЦ «Институт катализа СО РАН» и Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на его основе разрабатывают каталитические системы для переработки углекислого газа в метан и монооксид углерода. Преимущество таких катализаторов в том, что процесс происходит при комнатной температуре, атмосферном давлении и под солнечным светом, рассказала в ходе V Российского конгресса «Роскатализ» научный сотрудник ИК СО РАН Анна Куренкова.
Промышленные предприятия в условиях декарбонизации производств ищут способы снижать выбросы углекислого газа, но это непростая задача. При традиционной конверсии СО2 задействуются высокие температуры и давления, а это в итоге по энергетической цепочке увеличивает эмиссию парниковых газов.
Ученые Института катализа СО РАН исследуют возможность действительно экологичной конверсии углекислого газа для получения ценных химических продуктов. Они синтезировали катализаторы, позволяющие получать метан и монооксид углерода (прим.: угарный газ) при атмосферном давлении, комнатной температуре и под видимым или солнечным светом. Системы используют энергию света, за счет чего происходит восстановление углекислого газа.
«Мы разрабатываем фотокатализаторы, которые активны под действием видимого или солнечного света. Это системы на основе диоксида титана, модифицированные графитоподобным нитридом углерода, медью и ее оксидами. Данные катализаторы показали высокую активность в восстановлении СО2, и мы считаем, что они перспективны не только для получения метана и монооксида углерода, но и других ценных продуктов», — рассказала научный сотрудник Отдела гетерогенного катализа ИК СО РАН и ЦК НТИ к.х.н. Анна Куренкова.
По ее словам, исследователи недавно предложили новый способ синтеза графитоподобного нитрида углерода с функциональными кислородсодержащими группами, который обладает значительной активностью не только в реакции восстановления СО2, но и в выделении H2 под действием солнечного света.