Vostok — дело тонкое: белок-укладчик ДНК и искусственный зуб с ощущениями

В России ученые-химики открыли секрет выцветания синей краски на древних картинах, что поможет восстановить шедевры живописи, а дантисты из США разработали искусственные зубы, которые сами врастают в ткани десны и соединяются с нервной системой. Исследователи-инженеры ускорили квантовые алгоритмы для многокубитных вычислителей, а материаловеды придумали, как получать провода толщиной в несколько нанометров. Биологи нашли белок, который отвечает за укладку спирали ДНК в нейронах. Его назвали Vostok — в честь первого пилотируемого космического аппарата. Изучение этой структуры поможет создать методы лечения наследственных нервных патологий. Подробнее — в подборке самых интересных новостей науки, подготовленной «Известиями».

Ультратонкие провода помогут делать чипы размером с молекулу

Ученые НИТУ МИСИС, Тулейнского университета (США) и Сучжоуского университета науки и техники (Китай) разработали метод получения ультратонких кристаллов с полупроводниковыми свойствами. Их толщина — от 100 до 400 нм, а длина — несколько миллиметров. Благодаря таким параметрам они могут выполнять функции проводов для сверхминиатюрных электронных устройств.

Новые материалы относятся к одномерным структурам. По словам специалистов, полученные образцы продемонстрировали стабильность и устойчивость к влаге и солнечному свету.

— Кристаллы созданы на базе соединений тантала, никеля и селена. В отличие от аналогичных разработок, где исходные порошки располагают в одной точке ампулы, новый способ предполагает их равномерное распределение по внутренней поверхности посредством электростатической зарядки. Затем ампулу нагрели, вследствие чего на ее стенках сформировались тончайшие кристаллические нити, — описал технологию научный сотрудник лаборатории цифрового материаловедения НИТУ МИСИС Константин Ларионов.

Как выяснили ученые, кристаллы можно расщеплять на еще более тонкие структуры — до 7 нм. Это открывает пути для разработки электронных схем на одном нанопроводе. Такие устройства, к примеру, можно использовать в составе умных изделий, где чувствительные искусственные молекулы-рецепторы будут изменять свои электрические свойства при контакте с целевыми веществами.

Российские инженеры ускорили передачу квантовой информации

Исследователи из ИТМО и Лондонского института математических наук предложили способ, который увеличит скорость проведения квантовых алгоритмов в многокубитных компьютерах.

Как объяснили разработчики, сейчас передовые вычислители такого типа уже используют больше тысячи кубитов (единиц информации в квантовых системах). Поэтому управление ими становится непростой задачей. Однако физики нашли способ передавать закодированные их в квантовых состояниях данные между кубитами с максимальной скоростью.

— Значимость работы — не в решении конкретных задач, а в разработке нового метода, пригодного для больших квантовых систем. Это позволит находить более эффективные алгоритмы, быстрее приготавливать квантовые состояния и в целом расширит возможности современных систем, — пояснил ведущий научный сотрудник ИТМО Максим Горлач.

Чтобы передать возбуждение в цепочке кубитов, сообщил ученый, была предложена идея, схожая с классической физической задачей о наиболее быстрой траектории, по которой шарик скатывается между двумя точками. Так, в алгоритме квантовых вычислений, предложенном учеными, на старте сильнее включается связь между первыми двумя кубитами. Затем она ослабевает, пока более дальние связи «набирают силу».

В результате состояние в точности переносится из первого кубита цепочки в последний. Новый протокол уменьшает количество логических операций и, соответственно, возможных ошибок.

Химики открыли секрет выцветания синей краски в шедеврах живописи

Ученые из Института геохимии имени А.П. Виноградова СО РАН и Института земной коры СО РАН совместно с коллегами из Университета имени Бар-Илана (Израиль) выяснили, почему ультрамарин — краситель, который раньше часто использовали при создании картин и фресок, — теряет свою яркость.

— Наше исследование позволит создавать краски на основе природного пигмента из лазурита, устойчивые к выцветанию под действием воздуха и высоких температур, — отметил руководитель проекта, главный научный сотрудник лаборатории моделирования геохимических процессов ИГ СО РАН Владимир Таусон.

Ученые сравнили образцы минерала из месторождений в Прибайкалье с разным размером зерен, выдерживая их в течение восьми часов при температуре 800°С. В результате эксперимента мелкие частицы частично или полностью обесцвечивались, а более крупные — темнели и приобретали фиолетовый оттенок.

По мнению специалистов, это происходит, потому что в крупных зернах карбонат кальция (один из примесных компонентов) поддерживает баланс между окисленными и восстановленными формами серы. Благодаря этому образцы не теряли окрас.

Белок для укладки ДНК сможет улучшить работу мозга

Биологи из Института биологии гена РАН и Принстонского университета (США) выявили в ядрах клеток мозга дрозофилы (плодовой мушки) ранее неизвестный белок, который участвует в трехмерной укладке молекул ДНК. Это важно, поскольку правильная укладка дает возможность нейронам развиваться и формировать связи друг с другом.

Как объяснили исследователи, в геноме с помощью компьютерного анализа они обнаружили короткую повторяющуюся последовательность. Причем чаще она встречается в участках, которые предположительно вовлечены в образование петель. Оказалось, что с ней связан ранее не известный регуляторный белок. Схематично он изображается в виде дуги, которая похожа на траекторию полета ракет. Поэтому открытая молекулярная структура получила название Vostok — в честь первого пилотируемого космического аппарата.

— Понимание того, как формируются петли в молекуле ДНК, открывает новые возможности для генной терапии. Например, установив, как можно управлять петлеобразованием, в будущем мы сможем корректировать работу генов при наследственных заболеваниях нервной системы, — рассказал руководитель группы биологии хроматина Института биологии гена РАН Максим Ерохин.

Дантисты создали искусственный зуб с естественными ощущениями

Искусственный зуб, который сам врастает в десну и соединяется с нервной системой человека, создали ученые из Школы стоматологической медицины и Медицинской школы Университета Тафтса (США). Сначала его размеры меньше естественного органа, но затем он вырастает и встает вровень с остальными зубами.

По словам разработчиков, имплантат состоит из слоя резиновых нановолокон, которые по мере биоразложения оболочки расширяются. В результате они фиксируют искусственный зуб в мягкой ткани, выстилающей лунку, а не в челюстной кости, как традиционные керамические коронки, установленные на титановых штифтах.

— Естественные зубы соединяются с костью через мягкую ткань, богатую нервами, которые помогают ощущать давление и текстуру и определяют, как мы жуем и говорим. Имплантатам не хватает этой сенсорной обратной связи, — объяснил ведущий автор исследования, профессор пародонтологии в Школе стоматологической медицины Джейк Джинкун Чен.

По его словам, после проведения эксперимента визуализация показала наличие свободного пространства между имплантатом и костью, что позволяет предположить, что имплантат был интегрирован в мягкие ткани, а не сросся с костью традиционным образом.

Следующий шаг — проверка технологии на крупных наборах зубов модельных животных, а затем на людях, сообщил профессор.