Физики разработали модель, описывающую сложный процесс затвердевания
Ученые лаборатории многомасштабного математического моделирования Уральского федерального университета разработали матмодель, с помощью которой выяснили, как происходит процесс кристаллизации в «сложных» жидкостях. Закономерности роста кристаллов они рассчитали для инсулина, бета-лактоглобулина и лизоцима (по этим препаратам есть проверенные экспериментальные данные).
Описание теории и полученные данные ученые опубликовали в Journal of Applied Physics. Работу поддержал РНФ. «Наша работа посвящена теории двухстадийного зарождения и роста кристаллов в метастабильной жидкости. Этот механизм заключается в том, что образование кристаллических зародышей происходит в плотных жидких кластерах, взвешенных в растворе. Эти кластеры содержат более высокую концентрацию и вязкость раствора, что приводит к более низкому поверхностному барьеру свободной энергии и более быстрому пути фазового перехода.
Иными словами, сначала в жидкости образуются капельки с более плотной жидкой структурой и внутри этих капелек происходит первоначальное зарождение и рост кристалликов. На первой стадии кристаллики растут по одному закону. Затем, на второй стадии, когда они покидают область более плотной жидкости, у них меняется закон роста. И дальше они эволюционируют по новым законам», — поясняет процесс кристаллизации «сложных» жидкостей руководитель лаборатории, соавтор работы Дмитрий Александров.
Инсулин — это пептидный гормон, вырабатываемый бета-клетками островков поджелудочной железы. Он считается основным анаболическим гормоном организма. Регулирует метаболизм углеводов, жиров, белков, способствуя всасыванию глюкозы из крови в клетки печени.
По словам ученого, раньше — по классической теории — при описании процессов подразумевалось, что кристаллизация идет в один этап. Однако последние 10-15 лет появляются работы, которые подтверждают, что процесс кристаллизации в некоторых жидкостях более сложный и происходит в два этапа, с разной скоростью.
«Двухступенчатый механизм нуклеации имеет место при кристаллизации различных белков, низкомолекулярных органических и неорганических соединений, включая биоминералы и коллоиды. Мы рассчитали закономерности роста для инсулина, бета-лактоглобулина и лизоцима», — говорит соавтор исследования, ведущий научный сотрудник лаборатории Евгения Маковеева.
Бета-лактоглобулин — сывороточный белок коровьего и овечьего молока, считается молочным аллергеном. Является основным компонентом молочной пенки при кипячении молока (разрушается при 20-минутном кипячении). Бета-лактоглобулин способен связывать железо и таким образом может играть роль в борьбе с патогенами; при приеме внутрь бета-лактоглобулин способен доставлять комплексное железо в иммунные клетки, обеспечивая микропитание клеток и участвуя в иммунной толерантности.
Расчеты физиков помогут, к примеру, создавать лекарства с заданными свойствами. Как поясняют ученые, теперь можно предсказывать, как будут затвердевать жидкости, каких размеров будут кристаллы, что в конечном счете влияет на свойства продукта. Усложнив модель, можно будет вычислить и такие факторы, как охлаждение жидкости и добавление растворенных примесей, растворение мелких частиц и удаление кристаллов продукта, добавляют исследователи.
Лизоцим — антибактериальный фермент, разрушающий клеточные стенки бактерий. Вырабатывается животными, считается частью иммунной системы. В больших количествах содержится в слюне, чем объясняются ее антибактериальные свойства. Лизоцим получают преимущественно из белка куриных яиц.
«Двухстадийный механизм зародышеобразования и роста кристаллов является широко распространенным явлением и имеет место в различных процессах кристаллизации от метастабильных и неравновесных жидкостей, от неорганических и коллоидных до органических материалов, включая биоминералы и небольшие молекулы в живых организмах», — заключает Евгения Маковеева.
Telegram 
Дзен 
VK Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Проблема непереносимости глютена затрагивает до 150 миллионов человек во всем мире. Единственный выход — полностью исключить этот компонент из рациона. Однако существующий безглютеновый хлеб практически не содержит белка и клетчатки, быстро повышает уровень сахара и черствеет. При этом существующие зарубежные рецептуры разработаны под импортное сырье и технологии, что не позволяет применять их к российскому сырью. Ученые Пермского Политеха разработали новые рецептуры безглютенового хлеба и исследовали влияние многокомпонентных мучных композиций и добавок на его качество. Они впервые в России создали смеси, в которых по сравнению с существующими отечественными аналогами в два-три раза больше белка и жиров, а углеводов — на 30-50 процентов меньше.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Паразитические организмы иногда не учитывают, что сами могут оказаться целью паразита более высокого уровня. Сосредотачивая все свои силы на инфицировании и размножении, они остаются беззащитными перед агрессивным специализированным нахлебником.
Интригующие испытания высотного ракетного двигателя Raptor Vacuum для корабля Starship, верхней ступени сверхракеты Илона Маска, парадоксальны. Его работа на уровне моря уже сама по себе загадка. Ведь, по классическим представлениям, высотные двигатели на уровне моря корректно не работают. А сопло RaptorVAC на наземном стенде извергает реактивную струю без всяких признаков нарушения работы. Как такое может быть?
Планетологи обнаружили на поверхностях Титана и Плутона схожую полосу поглощения, которая не совпадает со спектрами известных льдов или органических соединений. Этот загадочный «провал» может указывать на то, что на двух очень разных ледяных мирах Солнечной системы существует общий, пока неизвестный науке класс химических веществ, поглощающий свет, который формируется под действием экстремального холода и космической радиации.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно