Цвета науки

Мир науки многогранен и красочен. Новые материалы, археологические находки, уникальные животные и растения — ученые работают с яркой палитрой самых разных исследовательских объектов, а Российский научный фонд поддерживает их в этом. Фотопроект «Цвета науки» создан Фондом для того, чтобы привлечь внимание к научным исследованиям через визуальный образ. Предлагаем вместе с нами выбрать свой научный цвет года, а также предложить свой по ссылке!

Алмаз – минерал, сочетающий в себе уникальные свойства, привлекательные в том числе для квантовых технологий, микроэлектроники и оптики. Но современной науке нужны очень чистые кристаллы высокого качества, более того, с определенными повторяющимися свойствами. В природе таких не существует. Впервые в нашей стране крупный синтетический алмаз массой 1,5 карат вырастили в Институте геологии и минералогии с помощью БАРСов (оригинальных беспрессовых аппаратов «разрезная сфера»). Сегодня ученые не только экспериментально создают условия образования алмазов, подобные природным, но и получают уникальные кристаллы, аналогов которым в природе нет. Например, синтезированы алмазы с примесью германия, который образует в структуре кристаллов центры с интересными люминесцентными свойствами.

Подробности - в карточках проектов (1, 2). Автор фото - Юрий Пальянов.

Бактерии, черви, грибы и множество морских организмов могут излучать свет. Международная команда из 27 ученых впервые полностью расшифровала механизм свечения грибов: его обеспечивают 4 фермента. Теперь ученые могут превратить растение в настоящий светильник! Зеленое свечение исходит от листьев, стеблей, цветов и даже корней, оно позволяет разобрать текст в книге. Изучение биолюминесцентных организмов имеет еще и прикладное значение: тест-системы разного цвета можно применить в экологии, сельском хозяйстве или в медицине для визуализации раковых клеток.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Александр Мишин / ИБХ РАН.

Изменения климата приводят к увеличению количества дождей, выпадающих в высоких широтах. В зависимости от влажности лишайники (на фото) могут как выделять, так и поглощать метан. За этим уникальным процессом пристально следят исследователи из Красноярского научного центра СО РАН. Результаты имеют важное значение для прогнозирования потоков парниковых газов в экосистемах, подстилаемых многолетней мерзлотой.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Анастасия Тамаровская / ФИЦ КНЦ СО РАН

Цвет «Рачковый оранжевый» посвящен исследованиям рачков амфипод, по виду напоминающих пресноводных креветок. Амфиподы впечатляют не только разнообразием форм, размеров и раскраски. Ученые ИГУ, выполняя проекты по грантам РНФ, используют их в качестве модельной системы (даже превращают рачков в светлячков!) для экологических и эволюционных исследований, ведь это крупнейшая по численности видов группа, населяющая как мелководье озера Байкал, так и его таинственные глубины. На сегодняшний день описано более 350 эндемичных видов и подвидов байкальских рачков.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Полина Дроздова.

Наскальное искусство считают чем-то монументальным и недвижимым: что случится с камнем? На самом деле, оно ускользает от нас. Ветер, вода и время разрушают наскальные рисунки древних людей IV–III тыс. до нашей эры – петроглифы. Так, ежегодно экспедиции археологов находят в пещерах, на скалах и речных валунах новые петроглифы, но теряют старые. Благодаря команде из Института археологии РАН, терпеливо очищающей от следов граффити, костров и лишайников, а также оцифровывающей памятники наскального искусства, любой желающий может онлайн покрутить 3D-модели петроглифов при разном освещении, чтобы рассмотреть мельчайшие штрихи наскальной живописи в Кемеровской области, Красноярском крае, Хакасии, Хабаровском крае и на Урале.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Елена Миклашевич / Музей-заповедник «Томская писаница».

Модель развития деменции на уровне клеток впервые построена учеными ИБХ РАН совместно с коллегами из России и Германии. Для этого команда ученых воссоздала контролируемый окислительный стресс в отдельных нервных клетках мозга мышей, из-за которого у них быстрее «стирается» память. В будущем это поможет диагностировать болезни Альцгеймера и Паркинсона до момента появления когнитивных нарушений. Кроме того, разработка – это готовая платформа для проверки лекарственных препаратов против нейронального окислительного стресса и старения мозга.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Олег Подгорный.

Исследователи Института астрономии РАН и САО РАН изучили пространственную структуру трех областей ионизованного водорода в спиральном рукаве Персея и нашли свидетельства звездного ветра в одной из них. На небе эти области видны как светлые туманности разнообразной формы. Астрономы не могут поставить над своими объектами эксперименты — изучая межзвездную среду в картинной плоскости неба, они вынуждены искать способы восстановления трехмерной структуры межзвездного вещества. В будущем авторы создадут атлас ярких ионизованных областей северного неба, а также оценят вклад звездного ветра в процесс образования туманностей. Исследование, поддержанное Фондом, поможет изучить многообразие проявлений межзвездной среды, влияющих на образование новых светил.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Мария Кирсанова.

Это фотопротеин обелин — биолюминесцентный белок гидромедузы. Его особенность проявляется в излучении голубого света при взаимодействии с субстратом — целентеразином и кальцием. Ученые Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН с коллегами из МФТИ исследовали особенности свечения белка обелина. Затем авторам удалось перестроить активный центр самого белка с помощью генной инженерии. Мутантные белки не потеряли способности к биолюминесценции, но вместо вспышки наблюдалось длительное свечение. Проделанная работа красноярских ученых позволит создавать белки с улучшенными свойствами для применения в медицине, клеточной биологии и биотехнологии.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Павел Наташин.

Это – корова Цветочек, получившая имя по названию клеточной линии, использованной в качестве донора ядра яйцеклетки. В 2020 году она стала первым клоном крупного рогатого скота в России. Более того, спустя несколько лет принесла здоровое потомство – телочку Декабристку. Также в ВИЖ им. Л. К. Эрнста живет клонированный гибридный ягненок Конгур. Клонирование — платформа для применения другой эффективной технологии — генетических ножниц CRISPR-Cas9. Перемещая и вырезая «вредные» фрагменты ДНК, можно достаточно быстро создавать животных с нужными характеристиками: ускорять их рост, получать гипоаллергенное молоко и даже выводить новые породы и сорта растений.

Подробности - в карточке проекта.

Так лазерный луч наносит защитную голограмму на поверхность металлического материала. Например, можно сделать изображение с эффектами динамики, анимации и объема на часах или промышленных деталях, чтобы отличить оригинал от подделки. Причем изображение нельзя удалить, а цена и время на изготовление гораздо ниже классических типографических методов нанесения. Чтобы добиться таких результатов, ученые ИТМО модернизировали лазерную установку с помощью специально разработанных систем: модуля управления излучением, который и позволяет получать нужную картинку, и программы, связывающей шаблон защитной голограммы с режимами модуля. Для записи голограмм использовали только один лазерный пучок, параметры которого можно менять.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Университет ИТМО.

Это метаповерхность. Такие поверхности позволяют управлять электромагнитной волной путем изменения ее амплитуды, фазы или поляризации. Ученые ИТМО активно занимаются исследованиями в области метаповерхностей микроволнового диапазона. Эти исследования помогут научиться эффективно управлять электромагнитным полем, а значит, – создавать высокочувствительные датчики, устройства хранения информации или нелинейные оптические приборы

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Университет ИТМО.

Шипящее бордо

Внешний вид ядовитых родственников гадюк - куфий - обычно устрашает: серьезный вид им придает крупный щиток, образующий похожий на бровь козырек. Однако ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова нашли в Таиланде новый вид куфий, которые выглядят иначе: над их глазами расположены многочисленные маленькие, слегка выступающие чешуйки, которые больше похожи на ресницы, поэтому их назвали Trimeresurus ciliaris, что в переводе с латыни означает «реснитчатая куфия». Ученые продолжают свои исследования, чтобы лучше понять распространение змей, их рацион питания, репродуктивную биологию, размер популяции и охранный статус.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Николай Поярков / МГУ имени М.В. Ломоносова.

Разработка «светящихся» гибридных молекул (флуоресцентных конъюгатов) для диагностики рака предстательной железы — это многостадийная работа. И даже, казалось бы, такой рутинный этап работы, как подготовка исходных соединений, растворителей и реактивов, может скрывать удивительную красоту химического мира. На фотографии как раз изображен именно такой процесс: капли расплавленного натрия в диоксане во время перегонки. Сегодня в ходе работ по грантам РНФ ученые МГУ имени М.В. Ломоносова получили серию потенциальных диагностических препаратов на основе гибридных молекул, которая в дальнейшем поможет улучшить качество и продолжительность жизни многим пациентам.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото – Анастасия Успенская / МГУ имени М.В. Ломоносова.

Мышиный игривый

Мыши — самые известные и важные животные в лаборатории. Это наши маленькие копии массой примерно 20 грамм. При этом ключевые органы и основные биологические системы у них почти такие же. Их геном как минимум на 80% повторяет геном человека, а мозг, кровообращение, иммунитет и поведение способны помочь приблизиться к разгадке самых сокровенных тайн человеческого организма. Если бы не мыши, мы не смогли бы узнать о причинах появления, развития и способах лечения сотен заболеваний и помочь многим тысячам пациентов. Их геном как минимум на 80% повторяет геном человека, а мозг, кровообращение, иммунитет и поведение способны помочь приблизиться к разгадке самых сокровенных тайн человеческого организма.

Узнать больше о мышах и других лабораторных животных можно в мультимедийном проекте Фонда «Неизвестные герои науки»: https://animals.rscf.ru/

К слову, проект стал отправной точкой для совершенствования механизмов регулирования исследовательской биоэтики. Экспертный совет Фонда сформировал позицию по этике использования животных в научных экспериментах, выполняемых при поддержке РНФ. Эта деятельность направлена на улучшение исследовательской культуры.

Мышиный игривый

Трудно переоценить значение урана для современной цивилизации. Практически все стадии ядерного топливного цикла неразрывно связаны с минералогическими исследованиями: разведка месторождений, добыча урановых руд, хранение и переработка радиоактивных отходов. Атомную энергетику можно считать наиболее эффективной сегодня среди «зеленых», причем как в прямом, так и переносном смысле. Вторичные минералы урана обладают яркими окрасками различных оттенков желтого, оранжевого и зеленого цветов, а в ультрафиолете становятся еще более впечатляющими, как этот образец метаотенита.

Исследования ученых Санкт-Петербургского государственного университета, работающих с минералами урана, помогут лучше оценить возможности этих соединений для решения различных фундаментальных и прикладных задач.

Подробности – в карточке проекта. Автор фото – Илья Корняков и Владислав Гуржий / СПбГУ.

Совместный раствор двух полимеров образует сложную эмульсию типа «капля в капле». Структура такой смеси оказывает значимое влияние на ее поведение и характеристики при течении и переработке, и особенно влияет на процесс вытягивания струи и формование полимерных волокон. Из растворов полимеров ученые Института нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН создают волокна с заданными свойствами, например, устойчивые к высоким температурам и ультрафиолетовому излучению. Такие волокна за счет своих характеристик перспективны для создания теплоизоляции, различного текстиля или для получения термостойких устройств для фильтрации горячих газов, что обеспечивает экологию воздушного пространства.

Подробности – в карточке проекта. Автор фото – Лидия Варфоломеева / ИНХС РАН.

Это родамин — семейство флуоресцентных красителей, широко используемых с разными научными целями. Они привлекательны благодаря их яркой светимости, устойчивости к излучению и растворимости в воде. Сотрудники Сеченовского университета используют родамин как индикаторный краситель, чтобы изучать движение жидкостей в микрофлюидной системе, имитирующей среду и условия маточной трубы. Такая система будет оценивать качество сперматозоидов и станет эффективнее стандартных тестов, которые семейные пары проходят в процессе подготовки к ЭКО. Дальнейшее внедрение разработки в систему здравоохранения обеспечит значительный прогресс в лечении мужского бесплодия и повысит шансы супругов на рождение ребенка.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Фредерико Давид Аленкар де Сена Переира / Сеченовский университет.

Так выглядит аналог противовирусного лекарственного препарата под ультрафиолетом, сделанного в Уральском федеральном университете (УрФУ). Изначально это был раствор, который выпарился, и осталось только само вещество. Необычный вид связан с неравномерным высыханием растворителя и остатками капель воды в некоторых местах, которые улетучились позже. Исследователи УрФУ много лет создают и выпускают лекарства для лечения различных заболеваний.

Подробности - в карточке проекта. Авторы фото - Ева Берснева и Сергей Андров / УрФУ им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина.

Это микрофотография уха мыши на 10 день роста экспериментальной опухоли – рака кишечника. Чтобы получить такую фотографию, ученые наложили флуоресцентное изображение сосудов на фотографию опухоли. Разные цвета связаны с алгоритмом наложения. Таким образом исследователи НИИ экспериментальной онкологии и биомедицинских технологий Приволжского исследовательского медицинского университета оценивают влияние лекарств на клетки, окружающие опухоль, поскольку от них также зависит эффективность терапии. В работе ученые используют методы оптического биоимиджинга – технологию наблюдения за работой организма изнутри с помощью световых сигналов.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Вадим Елагин.

Одним из самых перспективных направлений в развитии вычислительной техники сегодня считается переход от электронной к оптической платформе, где в роли носителей информации выступают фотоны. Такой подход позволит многократно ускорить передачу колоссальных объемов данных. Исследователи из Университета ИТМО и Сколтеха создают одиночные микрокристаллы галогенидных перовскитов с настраиваемыми фотофизическими свойствами, которые можно изменять, варьируя их катионный и анионный состав. Эти микроструктуры служат элементарными компонентами будущих фотонных чипов. На фото под микроскопом с 10-кратным увеличением — именно такие кристаллы.

Подробности - в карточке проекта. Авторы фото - Елизавета Сапожникова и Григорий Верхоглядов.

Это скопления субмикронных алмазов, которые в десятки тысяч раз меньше нашего телефона. Они выращены методом осаждения при низких давлениях из СВЧ-плазмы. Таким образом ученые Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН создают алмазную пленку с диэлектрическими свойствами для дальнейшего формирования на ней полупроводниковых приборов – устройств, которые лежат в основе окружающей нас электроники.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Валентин Антонов.

Это коронарная артерия с имплантированным стентом – каркасом, который расширяет просвет артерии, суженной из-за атеросклеротических бляшек. Изображение получено методом оптической когерентной томографии. Она в режиме реального времени позволяет увидеть сосуд изнутри и понять, какие процессы в нем происходят. С использованием этой технологии ученые Томского НИМЦ и УрФУ следят за формированием неоинтимы – ткани, выстилающей поверхность имплантированного стента в коронарной артерии.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Иван Бессонов / Тюменский кардиологический научный центр – филиал Томского НИМЦ.

Это не старая неоновая лампа, а плазма, хотя тоже неоновая. Такая плазма находит массу технологических применений, в первую очередь, при производстве микроэлектроники. Для изготовления современного процессора требуется произвести около 500 технологических операций, из них больше половины используют плазму. На фотографии она находится в плазмохимическом реакторе – сложной установке, где газ взаимодействует с электрическим полем, чтобы превратиться в плазму и в условиях низких давлений создать новые материалы. Здесь удаляют нежелательные слои или меняют поверхностные свойства материала, создают точные структуры микросхем, получают высококачественные тонкие пленки для производства транзисторов и других элементов технологий. Ученые МГУ имени М.В. Ломоносова разрабатывают не имеющий аналогов диагностический комплекс, чтобы в режиме реального времени видеть и с беспрецедентной точностью контролировать все происходящие в реакторе процессы. Разработка ускорит развитие промышленной технологической линии производства интегральных схем на предприятии партнера – компании «НИИМЭ».

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Зиганшин Илья / МГУ имени М.В. Ломоносова.

Это не фотография Земли из космоса, а изображение биопленок – самой распространенной формы существования бактерий в природе. Они устойчивы к дезинфицирующим средствам и антибиотикам и могут заселять медицинские материалы. Биопленки патогенных бактерий становятся причинами внутрибольничных инфекций. Научные сотрудники из Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН (Саратов) разработали новый метод на основе флуоресцентных золотых нанокластеров для выявления бактериальных биопленок на поверхности различных медицинских изделий, включая покровные стекла, пробирки и урологические силиконовые катетеры. «Светящиеся» нанокластеры способны специфично связываться c бактериальными биопленками. Этот метод в 10 раз более чувствителен, чем общепринятый золотой стандарт – детекция с помощью кристаллического фиолетового. Фотография сделана с помощью инвертированного флуоресцентного микроскопа с увеличением в 200 раз.

Подробности - в карточке проекта. Автор фото - Даниил Чумаков / ИБФРМ РАН.