Российские ученые из МФТИ с коллегами из Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН и Института физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН разработали инновационный метод для расчета равновесного распределения несмешивающихся жидкостей в пористой среде. Результаты применения этого метода можно использовать в разработках по повышению нефтеотдачи и гидрологии, а также геологического СО2-хранения.

Яд перуанского зеленого бархатного тарантула Thrixopelma pruriens содержит токсин ProTx-I, который избирательно блокирует ряд каналов на мембране клетки. Поэтому токсин может стать новым анальгетиком, однако сначала нужно научиться получать его в больших количествах и в правильной форме. Новое исследование ученых Института биоорганической химии им. М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН и МФТИ с коллегами из других научных центров России и Китая сравнило методы наработки ProTx-I в бактериях.

Области пресной воды, которые образуют реки при впадении в моря, называют речными плюмами. Эти структуры влияют на климат и экологию прибрежных зон. Они приносят в океан питательные вещества, органику, а также различные загрязнители. Однако до сих пор ученые не сформировали единую теорию о том, по каким законам эти зоны существуют.

Ученые из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ с коллегами впервые создали полную компьютерную модель сильного взаимодействия магнонов и фотонов в системе на основе железо-иттриевого граната и сверхвысокочастотного резонатора. Это исследование актуально для спинтронных и квантовых приложений, например для создания высокочувствительных сенсоров и элементов квантовых систем.

Коллектив ученых из лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и Сколтеха провел уникальный эксперимент, в котором исследовал явление резонансной флуоресценции в трехуровневой системе. На систему воздействовали сразу два источника излучения.

Ученые из МФТИ и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт» выяснили, какие параметры природного полимера хитозана критически важны для быстрого и эффективного сбора биомассы нитчатой цианобактерии Arthrospira platensis (более известной под коммерческим названием спирулина). Исследователи установили, что основная характеристика, влияющая на процесс, — молекулярная масса полимера. Эксперименты показали, что правильно подобранный хитозан позволяет «склеить» и осадить 95% биомассы цианобактерии всего за пять минут. Такой подход не только ускоряет сбор урожая, но и повышает чистоту и антиоксидантную активность ценного пигмент-белкового комплекса С-фикоцианина, извлекаемого из биомассы.

Многие лекарственные препараты вызывают у клетки так называемый тепловой шок — защитную неспецифическую реакцию на стресс. В новом исследовании ученые из МФТИ и Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН использовали люминесцентные биосенсоры (lux-биосенсоры) и показали активацию белков теплового шока под действием применяемых в медицине красителей (9-аминоакридин и акридин оранжевый). Они помогают лечить инфекции и рак. Несмотря на схожую структуру, механизм действия двух веществ оказался разным.

Ученые из Института космических исследований РАН и МФТИ раскрыли химический механизм, объясняющий появление молекул воды на поверхностях астероидов.

Группа российских ученых из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ разработала новый тип генератора терагерцового излучения, который станет «сердцем» сверхчувствительных приемников для космических и наземных телескопов. Устройство способно создавать эталонный сигнал высочайшей чистоты. Это достижение решает одну из главных проблем современной астрофизики — создание компактных и надежных источников излучения для наблюдения за самыми холодными и далекими объектами Вселенной.

Биофизики МФТИ с коллегами из Института биоорганической химии имени академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН оптимизировали метод бесклеточного синтеза для получения ключевых фрагментов рецепторов инсулина — их трансмембранных доменов. Разработанный протокол позволяет получать эти белки в достаточном количестве и с чистотой, необходимой для изучения методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Расшифровка структуры и анализ динамики этих доменов важны для понимания механизмов работы рецепторов и помогут в разработке направленных терапевтических подходов при раке и диабете.

На вызванный разными факторами стресс клетка может отвечать схожим образом. Это касается активации шаперонов — «защитников» белков, которые спасают их от потери формы и слипания. Ученые МФТИ и Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН использовали люминесцентные биосенсоры на основе бактерий, чтобы оценить эффект ряда лекарств (в том числе от рака и антибиотиков) на синтез шаперонов.

Ученые из МФТИ, НИУ ВШЭ и ОИВТ РАН показали, что жидкость может перейти в стеклообразное состояние под действием давления. Эта работа не только раскрывает механизм перехода, заполняя пробелы в фундаментальных вопросах физики, но и предлагает подход, с высокой точностью моделирующий поведение материалов в экстремальных условиях.

Ученые МФТИ с коллегами раскрыли детали работы комплекса светочувствительного белка, родопсина (HbR1) и каротиноидного пигмента, который действует как дополнительная антенна. Этот молекулярный тандем позволяет бактерии Hymenobacter psoromatis, найденной впервые в Антарктике, улавливать скудную солнечную энергию в экстремальных условиях. Используя методы искусственного интеллекта для предсказания структуры и мощные расчеты молекулярной динамики, ученые показали, что два ключевых компонента — ретиналь (производное витамина А) внутри белка и каротиноид снаружи — могут образовывать стабильную и тесно связанную структуру, идеально приспособленную для эффективного поглощения и передачи энергии.

Управляемые наноматериалы — важный инструмент биологов-исследователей и врачей. Они могут сочетать ценные свойства — как в новом исследовании коллектива биофизиков из МФТИ и Сколтеха, создавших микросферы с углеродными точками. Российские ученые описали физические и химические свойства наночастиц, а затем доказали их безопасность для нематод C. elegans и возможность визуализировать процессы внутри этих крошечных червей.

Ученые МФТИ с коллегами сравнили возможности классической магнитной силовой микроскопии (МСМ) и разработанного ими ранее нового метода для изучения дефектов в сверхпроводящих пленках. Оказалось, что в ходе сканирования поверхности с помощью квантового вихря, «ухватившегося» за магнитный зонд, можно визуализировать несовершенства структуры в толще материала, получив разрешение на порядок выше возможностей МСМ. Способность метода находить неразличимые для поверхностных методов скрытые дефекты задает новые стандарты в контроле качества сверхпроводников и сверхпроводящих приборов.

Исследователи из МФТИ и «Яндекса» с коллегами из ОАЭ предложили новый подход к обучению больших языковых моделей, который существенно снижает потребление памяти GPU без потери качества. Метод уже показал превосходство над аналогами на популярных задачах машинного обучения.

Ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из России, ОАЭ и Китая разработали метод лазерной записи сверхъярких излучающих меток в двумерных материалах — максенах (MXene). Предложенная технология позволяет контролировать качество материала в реальном времени и создает основу для «умных» покрытий и сенсоров с функцией самодиагностики для промышленности, электроники и экологии.

Исследователи из Объединенного института высоких температур РАН и Московского физико-технического института выполнили масштабное моделирование свойств неона в экстремальных условиях. Им удалось построить полное уравнение состояния этого благородного газа в области от комнатных температур до десятков тысяч градусов, определить его кривую плавления вплоть до давлений порядка 35 миллионов атмосфер и предсказать условия, при которых неон начинает проводить электрический ток.

Различные системы рестрикции-модификации — это своего рода оборонительное заграждение, которое защищает бактерии от заражающих их вирусов (бактериофагов). Те научились преодолевать «броню», в том числе с помощью имитирующих ДНК белков, которые принимают удар на себя. Специфике таких антирестрикционных систем, а также перспективам их применения на практике посвящена новая работа физтехов.

Исследователи из ФИАН, МФТИ и НИИЯФ МГУ впервые детально изучили, как меняется пространственная структура системы плазменных каналов в наносекундной электрической искре в воздухе при увеличении давления от 100 торр до атмосферного. В ходе работы был обнаружен явный пороговый эффект: при превышении определенного давления в искровом разряде запускается процесс мелкомасштабной филаментации — однородный плазменный канал быстро распадается на пучок ультратонких, высокоионизованных нитей. Эксперименты также позволили выявить режимы, при которых высокоионизованная плазма формируется не в объеме разрядного промежутка, а концентрируется исключительно вблизи катода. Эти фундаментальные результаты важны для построения точных моделей газоразрядной плазмы, расчета плазмохимических процессов и лабораторного моделирования длинных искровых каналов, в том числе для исследований, связанных с физикой молниевых разрядов.