Зрение бабочек помогло «увидеть» раковые клетки
Природа часто вдохновляет ученых на изобретения. Очередной пример тому — новый датчик изображения, позволяющий «видеть» в ультрафиолетовом диапазоне, недоступном для человеческого глаза. Сенсор, чей принцип работы биоинженеры «подсмотрели» у бабочек, дал возможность различать здоровые и пораженные раком клетки почти с 100-процентной точностью.
Большинство людей обладают трихроматическим зрением, при котором все различаемые глазом оттенки формируются из комбинаций трех базовых цветов: красного, зеленого и синего. Общий предок всех позвоночных имел тетрахроматическое зрение и различал больше цветов (а также, вероятно, видел в более широкой части спектра), однако конкретно млекопитающие, в связи с ночным образом жизни во времена динозавров, стали дихроматичными и лишь у приматов смогли частично восстановить потерянное (наше зрение трихроматично). У бабочек же глаза вовсе фасеточные, с шестью или более классами фоторецепторов с разной спектральной чувствительностью.
К примеру, бабочки вида Парусник ксут (Papilio xuthus) воспринимают не только синий, зеленый и красный, но еще фиолетовый, ультрафиолетовый и широкополосный свет. Кроме того, у них есть флуоресцентные пигменты, способные преобразовывать ультрафиолетовый свет в видимый, что позволяет бабочкам воспринимать его фоторецепторами. Благодаря перечисленным механизмам Papilio xuthus видят окружающий мир в широком спектре цветов и деталей. Подобно тому, как люди распознают оттенки синего и зеленого, эти бабочки могут различать УФ-излучение разного диапазона.
Находясь под впечатлением от особенностей зрительного аппарата Papilio xuthus, команда биоинженеров из США и Китая создала датчик изображения, имеющий сходные с ними возможности. В своей разработке, исследование о которой опубликовал журнал Science Advances, ученые использовали сочетание тонкого слоя металлогалогенных нанокристаллов перовскита и трех расположенных друг над другом кремниевых фотодиодов.
Схема УФ-датчика с нанокристаллами перовскита, чей принцип работы биоинженеры «подсмотрели» у бабочек Papilio xuthus / © Cheng Chen et al.
Нанокристаллы перовскита — вид полупроводниковых нанокристаллов с превосходными оптическими свойствами, что делает их привлекательными для использования в современных лазерных системах. Также в последние несколько лет их применяют в производстве фотоэлементов и светодиодов. Нанокристаллам перовскита свойственна повышенная чувствительность к ультрафиолету и еще более коротковолновому свету, чем не отличаются традиционные кремниевые датчики.
В созданном инженерами сенсоре слой из нанокристаллов перовскита поглощает УФ-фотоны, а затем переизлучает флуоресцентный свет в видимом диапазоне (в зеленой части спектра), который потом улавливают многослойные кремниевые фотодиоды. Обработка этих сигналов позволяет фиксировать и распознавать те или иные характерные особенности входящего УФ-излучения.
В пораженных раком тканях в более высоких концентрациях, чем в здоровых, присутствуют различные биомаркеры — ароматические аминокислоты, белки и ферменты. Под воздействием УФ-излучения они начинают флуоресцировать, что называют автофлуоресценцией. Из-за разницы в концентрации маркеров раковые и здоровые клетки различаются по спектральным характеристикам, что видно по их свечению в ультрафиолете. С помощью нового датчика изображения исследователи смогли визуально распознать маркеры рака в пораженных тканях и отличить их от здоровых с достоверностью 99%.
Авторы изобретения предположили, что его можно будет использовать во время операций. При удалении раковой опухоли перед хирургами часто встает непростой выбор: насколько обширный участок нужно удалить, чтобы не оставить пораженных тканей. Новый датчик способен облегчить принятие таких решений. Возможны и другие варианты применения — например, связанные с военной сферой и промышленной автоматизацией.
Telegram 
Дзен 
VK В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
В 2020-х годах шакалы достигли Архангельской области, а еще раньше колонизировали другие регионы Северной Европы. Авторы новой работы проанализировали перспективы и пришли к выводу о неизбежности многократного расширения их европейского ареала в этом веке. Причем ключевую роль в этом играет человек и его действия.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
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
Последние комментарии