Сегодня - 18.09.2019

Как с помощью водки изучать физико-химические свойства жидкостей?

12 февраля 2015

В рамках фестиваля «Наука. Путешествие по России» приуроченного ко Дню российской науки и организованного Советом молодых ученых КНЦ СО РАН и музеем интерактивной науки Ньютон-парк в Красноярске прошел научный бой между учеными города и гостями из Дальневосточного отделения РАН. Слушатели могли узнать о том, как предсказать извержение вулкана и волну цунами, как в космосе восстановить кости или повысить процентное содержание спирта в водке, чем занимаются археологи зимой и что такое цифровые лекарства.
Ведущий мероприятия - ученый секретарь Института биофизики СО РАН Егор Задереев
Участников боя было всего 6, по трое из каждого региона. Правила стандартны: на научно-популярное выступление дается 10 минут, а в качестве судей выступают зрители, громкостью аплодисментов голосующие за того или иного исследователя.

Первым выступал директор Информационно-картографического центра Тихоокеанского института географии ДВО РАН кандидат географических наук Кирилл Ганзей с рассказом о вулканах.  По его словам, на Дальнем Востоке регулярно происходят какие-то катастрофы, живет большое количество диких зверей и даже иногда падают метеориты, поэтому многие научные работы направлены на то, чтобы минимизировать воздействие различных опасных явлений. А вулканы, само собой, несут множество негативных последствий для хозяйственной деятельности человека и его жизни в целом, например, потери от проснувшегося в Исландии Эйяфьятлайокудля составили 5 млрд. долларов.

— Поскольку уменьшить силу извержения нельзя, многие научные направления занимаются изучением состояния вулкана до извержения и после него, чтобы в перспективе  уменьшить негативное воздействие на человека и хозяйственную структуру.

В частности группа Кирилла занимается исследованием вулканов на Курильских островах, а это — 30 крупных островов и 60 действующих объектов. В 2009 году здесь произошло одно из мощнейших исторических извержений — вулкана Сарычева. Ученые собирают информацию, используя космические снимки, потому что эта территория опасна и труднопроходима для частых экспедиций.

— Один из самых интересных показателей — ландшафтное разнообразие. Мы заметили, что после извержения оно резко увеличилось, и стали разбираться — почему? Оказалось, это следствие неравномерного распределения вулканических пород: где-то они оказали большое влияние, а где-то  — минимальное, — говорит Кирилл.

По предсказаниям ученых, в 2015 году ландшафтное разнообразие должно сократиться. Это связано с циклической природой этих изменений.

—На основе этих данных мы попытались сделать определенные сценарии. Например, волновой — после извержения ландшафты достигают определенной точки изменений, а затем вновь отступают к какому-то сбалансированному состоянию. Второй сценарий подразумевает, что восстановление прерывается новым извержением.  А третий включает в себя катастрофы глобального масштаба. Например, в США предвещают, что извержение Йеллоустонского вулкана станет событием не только для отдельной территории, но и для всей планеты. Хотя и после него тоже постепенно произойдет восстановление ландшафта,  — на такой оптимистичной ноте Кирилл завершил свой рассказ.
Прибор для измерения силы аплодисментов
Старший научный сотрудник Тихоокеанского океанологического института им. Ильичева ДВО РАН (Владивосток) кандидат технических наук Сергей Яковенко изучает другое катастрофическое явление — цунами. В настоящий момент существует две системы для предупреждения о бедствии: береговые сейсмографы и глубоководные датчики изменения гидростатического давления, однако, и те, и другие не всегда успевают заранее проинформировать пользователей. Группа Сергея занимается лазерными деформографами.

— Схема работы такая: пучок лазера разделяется на два зеркала, лучи отражаются и возвращаются, получается интерференция, которая позволяет при движении зеркала  регистрировать движение земной коры. В результате у нас есть высокоточный прибор с большим динамическим и частотным диапазоном, — объяснил Сергей.

Возможность предсказать цунами заранее с помощью такого метода связана с тем, что волна в океане движется медленнее (200 метров в секунду), чем распространяется сигнал от землетрясения по грунту (8-10 километров в секунду).

— Если дистанция от прибора до эпицентра составит 1000 километров, то у вас будет  один час двадцать минут на принятие решения. Если в мире построить 20 таких деформографов, их в целом уже хватит, хотя, конечно, чем больше, тем лучше, — резюмирует рассказчик.
Анна Замай
Другой участник научного боя тоже обратился к будущему, но не такому пессимистичному. Руководитель лаборатории Биомолекулярных и медицинских технологий Красноярского государственного медицинского университета им В.Ф. Войно-Ясенецкого кандидат биологических наук Анна Замай объяснила слушателям, что такое цифровые лекарства и чем они могут быть нам полезны. Вообще, их уместнее было бы назвать буквенными, потому что кодируются они как А, Т, Г и Ц (аденин, тимин, гуанин и цитозин— составные части ДНК).

— С помощью этих четырех символов можно составить любой код и получить молекулу с заданными свойствами. Например, если нам нужно связать ее с раковой клеткой, мы способны запрограммировать это, причем для конкретного человека с конкретным типом рака.  Такие ДНК  называются аптамеры, они нужны для адресной терапии. Сейчас уже есть подобные препараты, они продаются в аптеке, но использовать их можно только в больнице, под присмотром врача. Мы сделали цифровые лекарства на основе аптмеров для рака легкого: например, для хирурга, который при операции брызгает нашим лекарством и видит, какую область необходимо удалить и где есть опухолевые клетки. На основе наших разработок можно сделать жидкостную биопсию, которая выявит раковые клетки в кровотоке.

Ученые предлагают использовать аптамеры и для микрохирургии. Существуют специальные нанодиски (менее 50 нанометров), которые вращаются при воздействии магнитного поля. Если к такому диску прицепить аптамер, а затем заставить его работать, то можно, например, разрушить опухолевые клетки в определенном месте. Анна Замай говорит, что у такой технологии есть еще много нерешенных проблем, но согласитесь, перспективы получения подобных лекарств очень воодушевляют.

Младший научный сотрудник Института истории, археологии и этнографии народов Дальнего Востока ДВО РАН (Владивосток) кандидат исторических наук Станислав Прокопец рассказал о профессии археолога. По его словам, работа в этой специальности очень сильно привязана к чередованию времен года. Например, зимой ученый анализирует собранный материал, участвует в конференциях и планирует следующие экспедиции.

— Самое главное — пишется полевой отчет, который затем отсылается в Москву. На него дается специальное заключение, необходимое для Министерства культуры РФ, которое в свою очередь выдает открытый лист на следующие раскопки. Без такого документа археолог не может вести никакой деятельности, — рассказывает Станислав. — Весной в основном проходят разведки и поиск новых археологических памятников. Когда исследователь приезжает на запланированное место, то делает шурф — яму небольшой величины. На Дальнем Востоке, например, метр на метр, в Красноярске — четыре на четыре, потому что артефакты здесь залегают глубже.  Шурф дает возможность найти какой-либо археологический материал, если он здесь есть, и получить стратиграфию. Летом практически все специалисты едут на стационарные раскопки, например, крупные могильники.
Анна Шумилова
Следующий претендент на звание самого боевитого ученого переместил нас в космос. Аспирант базовой кафедры биотехнологии Института фундаментальной биологии и биотехнологии СФУ, инженер Лаборатории хемоавтотрофного биосинтеза Института биофизики СО РАН Анна Шумилова рассказала о том, какие усилия предпринимаются, чтобы сохранить кости космонавтов в условиях микрогравитации. За 175 дней можно потерять до 13% костной массы, если устраивать далекие полеты, например, на Марс, то  и 80%!  Чтобы это предотвратить, существует несколько способов, но все из них имеют свои недостатки. Например, физические упражнения в невесомости не обеспечат необходимых нагрузок, сопоставимых с теми, которые возможны на Земле. Продукты с высоким содержанием кальция сложно доставить на орбиту свежими, а лекарственные препараты, призванные восполнить потери этого элемента, очень плохо усваиваются.

Для того, чтобы решить эту проблему, красноярские ученые вырастили в своей лаборатории микроорганизмы, способные запасать в себе биополимер — новый класс медицинских материалов.  Он может останавливать размножение клеток, за счет которых происходит разрушение костной ткани.

— Мы сделали прессованные матрицы, которые подходят для восстановления плоских костей (череп, лопатки), микро и макропористые — для восстановления трубчатых костей и пломбировочный материал для восстановления различных костных дефектов. Способности этих веществ были протестированы на лабораторных животных и показали свою эффективность, — рассказала Анна.

Такие соединения помогут не только космонавтам, но и травматологам, потому что биополимеры хорошо совместимы с организмов, останавливают деление клеток, разрушающих кость,  и способствуют восстановлению тканей, а также их можно подвергать переработке в разных изделиях.

Старший научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН доктор физико-математических наук Илья Рыжков тоже в некотором роде причастен к невесомости, только он исследует физические свойства смесей в ней.

Смесь – это результат смешения двух чистых веществ, например, спирта и воды. В них могут происходить разные процессы, например, из школьного курса все мы знаем диффузию. В противоположность ей, существует термодиффузия, которая направлена не на смешивание веществ, а на их разделение.

— Возьмем бутылку водки (это, кстати, смесь с соотношением спирта и воды 40 и 60%). Верхнюю часть нагреем до 40 градусов, а нижнюю — охладим до 10, и тогда если мы измерим концентрацию спирта, то сверху она будет  41%, а внизу — 39%.

Все эти процессы ученые исследуют на примере разных смесей, например, один из объектов научного интереса — смесь, содержащая тетрагидронафталин, изобутилбензол и додекан.  Эти вещества являются представителями различных классов углеводородов, которые входят в состав нефти, таким образом мы хотим узнать больше информации о такой жидкости, как нефть.

— Наша лаборатория расположена прямо на Международной космической станции (европейский модуль «Коламбус»), мы работаем в рамках проекта, который координируется свободным университетом Брюсселя. Из России в нем участвуют  Институт механики сплошных сред УрО РАН  и Институт вычислительного моделирования СО РАН.. Мы занимаемся обработкой экспериментальных данных и непосредственным определением коэффициентов, — рассказал Илья. — Подобные проекты нужны не только для получения  новых фундаментальных знаний о физико-химических процессах в сложных смесях, но их можно использовать при  моделировании распределения компонентов в природных месторождениях нефти.
Илья Рыжков
Путем замера зрительских аплодисментов победителем научного боя стал финальный докладчик — Илья Рыжков, который и получил приз мероприятия: боксерские перчатки.

Юлия Позднякова

Фото: Ирина Якунина

Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (3 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus