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 Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
Десятого мая 1940 года вермахт пришел в движение. Через 42 суток англо-французские армии были разгромлены, а Франция капитулировала. Как это произошло, ведь союзники имели больше солдат, танков и пушек, чем немцы? В СССР причиной посчитали нежелание французов воевать, немцы же, говорили советские военные, не внесли в стратегию ничего нового. Реальность была строго обратной: разгром Франции был новым словом в войне, и такой же сценарий Гитлер применил против СССР через год. Что именно произошло и отчего советское руководство не смогло осознать случившееся?
Метеорный поток Эта-Аквариды достигнет своего максимума в ночь с 5 на 6 мая. Его частицы — осколки самой знаменитой кометы в истории, которая появляется над Землей раз в 76 лет. Ученый Пермского Политеха рассказал, как этот звездопад связан с кометой Галлея, почему у него есть «брат-близнец» и где лучше всего за ним наблюдать.
Нейробиологи СПбГУ продемонстрировали, что активация рецептора следовых аминов TAAR1 эффективно подавляет агрессивное поведение, вызванное полным отсутствием серотонина в мозге. В дальнейшем этот результат поможет в разработке лекарственных препаратов, направленных на коррекцию патологических форм агрессии, возникающих при посттравматическом стрессовом расстройстве (ПТСР) и шизофрении.
Астрономы впервые использовали гравитационные волны, чтобы косвенно оценить параметры одного из ключевых процессов термоядерного горения в массивных светилах. Именно от него зависит, какие звезды взрываются, какие превращаются в черные дыры и как во Вселенной появляются углерод и кислород — элементы, без которых не было бы ни планет, ни жизни.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Химические связи в материале, из которого сделана электроника, разрываются не из-за накопительного износа от протекания тока через них, а из-за электронов с конкретной энергией.
Термоядерные электростанции не смогут конкурировать по цене с возобновляемыми источниками энергии из-за медленного удешевления технологии. По расчетам, расходы на каждую новую установку падали максимум на 8% — много раз ниже ранних ожиданий венчурных инвесторов. Это перечеркивает экономический смысл финансовых вливаний, и мир может никогда не увидеть дешевой термоядерной энергии.
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