Лабораторная работа

Ученые факультета наук о материалах и химического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова совместно с научной группой под руководством Михаэля Гретцеля (EPFL, Швейцария) определили причину, по которой органо-неорганические перовскиты формируются в виде нанонитей. Результаты этого исследования опубликованы в авторитетном журнале Chemistry of Materials.

Нанонити и нитевидные кристаллы в силу своих удивительных функциональных характеристик притягивают внимание исследователей практически в любой области науки, техники и материаловедения. Очень актуально получение нанонитей и для нужд солнечной энергетики. Работа авторского коллектива была начата в 2016 году в рамках совместного российско-швейцарского проекта в области перовскитной фотовольтаики. Исследованию нитевидной морфологии перовскита посвящена первая совместная публикация. 

Перовскитные солнечные ячейки на основе органо-неорганических материалов со структурой перовскита представляют собой новый класс фотовольтаических устройств (то есть устройств, преобразующих солнечную энергию в энергию электрического тока). Первый прототип перовскитной солнечной ячейки был создан в 2009 году. За прошедшие годы ее эффективность возросла в несколько раз и сегодня уже превышает 22%. Такие ячейки, благодаря простому и экономичному способу их производства, уже в ближайшем будущем смогут составить конкуренцию кремниевым аналогам. Об этом весной 2016 года на своей лекции в МГУ подробно рассказал первооткрыватель ячеек профессор Михаэль Гретцель (Michael Grätzel) — всемирно известный ученый, профессор Федеральной политехнической школы в Лозанне (EPFL), работающий в области фотохимии и материаловедения. Он один из 10 самых цитируемых химиков мира (H-index = 196, количество цитирований превышает 180 000), лауреат многих престижных премий, в том числе премии “Технология тысячелетия” (2010 год) и “Премии столетия” (2016 год). 

Коллектив ученых МГУ совместно с научной группой Гретцеля предложил новый метод получения перовскита с нитевидной морфологией путем ряда топотактических превращений. С использованием последовательного ионного обмена были созданы нанонити кристаллов перовскита с различным катионным и анионным составом. Ученые выяснили, что сначала начинает кристаллизоваться не перовскит, а промежуточная “белая” фаза (аддукт), образующаяся в форме протяженных нанонитей. При дальнейшем нагревании этот аддукт превращается в перовскит, который наследует нитевидную морфологию. Образование и последующий распад этой промежуточной фазы и динамику образования из нее перовскита впервые удалось проследить экспериментально.

— Полученные результаты вносят ясность в процесс кристаллизации перовскита из жидких фаз и важны для совершенствования методик изготовления пленок перовскита, в частности получения пленок аддуктов перовскита с их последующей конверсией в перовскит. Такой подход уже позволил получить перовскитные солнечные ячейки с эффективностью более 19%; его дальнейшее развитие представляет большой интерес, — считает соавтор публикации Алексей Тарасов, заведующий первой в МГУ молодежной лабораторией новых материалов для солнечной энергетики факультета наук о материалах, созданной совсем недавно по инициативе ректора МГУ академика В.А.Садовничего.

 

Американский журнал Journal of Vector Ecology опубликовал в декабре 2016 года две статьи ученого Биологического института Томского государственного университета (БИ ТГУ) Юрия Новикова, посвященные исследованию экологии и распространения одного из видов малярийных комаров комплекса maculipennis и его лабораторному культивированию. Гибридизация открывает новую страницу в изучении малярийных комаров, позволяя более точно исследовать их физиологию и способность к переносу малярийных плазмодиев, вызывающих “болотную лихорадку”.

— В статьях изложены результаты разработки метода культивирования Anopheles beklemishevi в лабораторных условиях, что помогает нам решить сразу две задачи, — рассказывает Юрий Михайлович. — Во-первых, выращивая комаров, мы можем работать с ними не сезонно, а круглый год. Во-вторых, в результате лабораторной культивации мы получаем виргинных (девственных) самок, без которых гибридизация невозможна.

По словам доцента БИ ТГУ, скрещивание вида Anopheles beklemishevi, открытого и описанного генетиками ТГУ 40 лет назад, с Anopheles atroparvus произведено впервые. В природных условиях этого не происходит. Исследование гибридов дает возможность оценить степень репродуктивной совместимости видов, являющуюся важным аргументом при реконструкции эволюции данной группы родственных видов. Эксперименты в лаборатории позволят прогнозировать вероятный видовой состав комаров и эпидемиологическую обстановку в Сибири в связи с быстро меняющимся климатом.

Наряду с этим в ходе детального изу­чения и сравнительного анализа 8000 особей, собранных в 34 пунктах России и Казахстана, установлено, что ареал обитания вида Anopheles beklemishevi гораздо шире, чем предполагалось: он распространен от Эстонии до Якутии и от Заполярья до Алтая и Саян. Относительная численность вида повсюду невысока, более того, на юге Западной Сибири и на Алтае частота устойчиво снижается. Так, в окрестностях Томска (Коларово) доля Anopheles beklemishevi в общей численности малярийных комаров снизилась с 25% в 1976 году до 2-3% в настоящее время.

По мнению ученого, обнаружение представителей данного вида в Якутии является косвенным подтверждением идеи, согласно которой малярийные комары комплекса maculipennis “пришли” в Евразию из Америки по Берингийскому мосту.

Исследования, проведенные доцентом БИ ТГУ, показывают, что в результате изменения климата происходит расширение ареала юго-западных видов комаров. Их представители продвигаются на северо-восток, осваивают новые территории, успешно закрепляются и размножаются в тех местах, где ранее они не могли выжить.

Группа биологов представила результаты обширного исследования зообентоса российских регионов, в ходе которого они выяснили различную степень пищевой ценности многочисленных видов беспозвоночных обитателей дна водоемов для обогащения рыб полиненасыщенными жирными кислотами из семейства Омега-3. 

Ценность изучения полиненасыщенных жирных кислот Омега-3 (ПНЖК) напрямую связана с их полезными свойствами для организма человека. Так, в ходе научного исследования, проведенного в 1970-х годах на инуитах Гренландии, рацион которых состоит преимущественно из жирной рыбы, было установлено, что жирные кислоты семейства Омега-3 приводят к снижению риска ишемических заболеваний сердца, существенно улучшают состояние сердечно-сосудистой и нервной систем человека, а также позитивно влияют на другие факторы жизнедеятельности. Между тем ученые фиксируют сложившуюся в конце XX века проблему дефицита данных веществ в питании современного человека. Красноярские ученые под руководством Михаила Гладышева, заместителя директора по науке Института биофизики СО РАН и профессора кафедры водных и наземных экосистем Сибирского федерального университета (СФУ), занимались поиском альтернативных источников ПНЖК (печень сельскохозяйственных животных), и результаты лишь подтвердили незаменимость в питании человека рыбы как основного источника данных кислот.

— Наша группа исследовала влияние термической обработки и консервирования на количество ПНЖК в готовом продукте, а также установила суточные порции основных промысловых сортов рыб, которые необходимо употреблять в пищу для профилактики сердечно-сосудистых заболеваний, — сообщила доцент СФУ Олеся Махутова (Кормилец). — Одно из последних исследований в этой области было посвящено изучению того, какие виды зообентоса являются наиболее ценным кормом для рыб в отношении ПНЖК семейства Омега-3.

Всего учеными были изучены 68 видов бентосных беспозвоночных из водоемов Красноярского края, республик Коми и Хакасии, Ярославской и Тюменской областей, Камчатки и других регионов. Ученые выяснили, что наиболее ценной пищей для рыб являются насекомые, особенно падёнки и ручейники, гаммариды и ресничные черви; низкую же пищевую ценность для рыб в отношении ПНЖК имеют пиявки, моллюски, олигохеты, мшанки и жуки. На основании полученных результатов ученые пришли к выводу, что вселение чужеродных видов зообентоса в водоемы может привести к снижению качества пищи бентосоядных рыб и, в конечном счете, к снижению количества ПНЖК семейства Омега-3 в такой рыбе. Результаты исследований опубликованы в сентябре 2016 года в научном журнале Freshwater Science издательства The University of Chicago press.

Одним из вариантов практического применения результатов исследования является то, что рыбоводческие хозяйства смогут более эффективно планировать выращивание рыбы, обогащенной Омега-3 жирными кислотами.

Добавим, в команду биологов, занимающихся этими исследованиями, вошли представители Сибирского федерального университета и Института биофизики СО РАН (Красноярск), Института проблем освоения Севера СО РАН (Тюмень), Института биологии Коми научного центра УрО РАН (Сыктывкар), Института биологии внутренних вод РАН (пос. Борок Некоузского района Ярославской области).