Ученые поймали вирусы углеродными нанотрубками
Американские ученые разработали настраиваемое микроустройство, улавливающее вирусы в образцах с низким их содержанием и загрязненных посторонними примесями. Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
Определение видовой принадлежности и конкретных штаммов патогенных вирусов играет ключевую роль в изучении, диагностике, лечении и профилактике вызываемых ими инфекций. Разработка современных методов анализа, таких как полимеразная цепная реакция (ПЦР) и секвенирование нуклеиновых кислот, значительно облегчила эту задачу. Однако при работе с полевыми образцами, содержащими мизерное количество вирусных частиц, их определение часто затруднено. Для выделения вирусов в таких образцах используют ультрацентрифугирование и ультрафильтрацию, но эти методы неудобны в применении и возможности их ограничены.
Чтобы решить эту проблему, сотрудники Университета штата Пенсильвания разработали систему обогащения зараженных образцов с помощью фильтра из параллельных азотсодержащих многостенных углеродных нанотрубок. Эти нанотрубки вырастили непосредственно на кремниевой подложке микрожидкостного устройства, названного CNT-STEM (carbon nanotube size-tunable enrichment microdevice, обогатительное микроустройство настраиваемого размера из углеродных нанотрубок). Как видно из названия, технология позволяет при выращивании регулировать размеры промежутков между нанотрубками, используя различные паттерны железного катализатора на подложке. Диапазон этих размеров составляет от 17 до 325 нанометров, что позволяет точно подогнать их под различные виды вирусов.
Углеродные нанотрубки были выбраны для фильтра, поскольку они прочны, биологически нейтральны, кроме того, от них легко отделяются задержанные вирусы.
В процессе анализа из образца готовят суспензию, которую пропускают через мебранный фильтр с порами диаметром от 220 до 450 нанометров для удаления клеток и других относительно крупных объектов. Подготовленную таким способом суспензию пропускают через CNT-STEM, и нанотрубки улавливают вирусы, пропуская более мелкие примеси. После этого концентрат вирусов снимают с нанотрубок и исследуют обычными методами.
В экспериментах флуоресцентными молекулами, полистироловыми микросферами различного диаметра и низкопатогенным штаммом птичьего гриппа H5N2 (A/chicken/PA/7659/1985) ученым удалось добиться примерно стократной степени обогащения исходных образцов и очистки их от примесей. Также устройство успешно испытали на реальных полевых образцах: взятых в 2012 году мазков из клоак пяти уток и забранных в 2014 году образцах тканей индеек. Секвенирование обогащенных биоматериалов позволило выявить ранее неизвестные штаммы вируса птичьего гриппа, который получил обозначение H11N9 (A/duck/PA/02099/2012), и инфекционного бурсита птиц, названного IBDV/turkey/PA/00924/14.
«Поскольку наше устройство изолирует и концентрирует вирусы только на основании их размеров, мы можем уловить патогены, о биологических свойствах которых ничего не известно, — отпадает потребность в антителах или других молекулярных маркерах. Когда вирус захвачен и концентрирован, его можно характеризовать полногеномным секвенированием и другими методами», — пояснил один из авторов работы Маурисио Терронес (Mauricio Terrones).
Углеродные нанотрубки представляют собой одну или несколько свернутых в цилиндр графеновых плоскостей. Благодаря их исключительным механическим, электрическим, оптическим и другим свойствам им постоянно находят новые области применения. Так, на их основе созданы высокоэффективные транзисторы, сверхпроводники, прямой преобразователь света в электричество, «удочка» для клеток и макромолекул, датчик для определения свежести мяса и многое другое.
Олег Лищук
С гибридной силовой установкой и продолжительностью полета более двух часов
Французская компания Zapata разрабатывает персональный летательный аппарат вертикального взлета и посадки под названием Airscooter. Аппарат массой 115 килограммов, рассчитанный на одного человека, будет оснащаться двенадцатью воздушными винтами и гибридной силовой установкой. Airscooter будет способен поднимать груз до 120 килограмм, развивать максимальную скорость 100 километров в час и летать на протяжении более двух часов, сообщает издание New Atlas. При поддержке Angie — первого российского веб-сервера Компания Zapata, основанная изобретателем Фрэнки Запатой (Franky Zapata), занимается разработкой персональных летательных средств уже больше десяти лет. В списке изобретеней Запаты, например, значатся водяной и воздушный ховерборды Flyboard, а также одноместный летательный аппарат JetRacer, представленный в 2022 году. Его конструкция напоминает квадрокоптер, у которого роль роторов выполняют десять компактных турбореактивных двигателей, разгоняющих аппарат до 200 километров в час. Новая разработка Zapata под названием Airscooter тоже относится к классу персональных летательных аппаратов. Внешне корпус одноместного Airscooter напоминает яйцо на трех опорах, сверху которого находится рама, состоящая из восьми лучей, на ней размещаются двенадцать роторов. Два задних луча соединяются спойлером. Четыре больших ротора, установленные на концах лучей, расположенных вдоль и перпендикулярно оси аппарата, судя по опубликованным изображениям и видео, вращаются с помощью гибридного привода. Другие восемь винтов меньшего диаметра располагаются парами на оставшихся четырех лучах рамы и имеют полностью электрический привод. https://www.youtube.com/watch?v=v_hPFbpA_ts Точное предназначение всех двенадцати воздушных винтов пока не раскрывается, однако можно предположить, что восемь малых пропеллеров будут намного быстрее реагировать на управляющие сигналы, поэтому скорее всего они будут использоваться для управления и балансировки устройства в полете, в то время как большие винты будут создавать основную тягу. Согласно опубликованным на сайте компании характеристикам, Airscooter будет способен разгоняться до скорости 100 километров в час и поднимать в воздух до 120 килограмм. Благодаря гибридной силовой установке продолжительность полета воздушного скутера на одной заправке бака объемом 18,9 литра составит более двух часов, что выгодно отличает его от чисто электрических летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. Еще одним преимуществом станет масса Airscooter, которая составляет всего лишь 115 килограмм. Из-за этого, например, в США Airscooter квалифицируется как ультралегкий самолет, для управления которым не нужна лицензия пилота. Компания утверждает, что управление воздушным судном будет такое же простое как управление дроном благодаря автоматизации и множеству датчиков безопасности. Информации о стоимости аппарата и сроках его готовности на данный момент нет. На сегодняшний день множество компаний разрабатывают гибридные и полностью электрические летательные аппараты, которые вскоре должны стать частью новой отрасли аэротакси. Однако степень безопасности используемых в них технологий в полной мере еще не изучен. Недавно, к примеру, во время испытательного полета произошло крушение прототипа аэротакси VX4 британской компании Vertical Aerospace, что может негативно отразиться на сроках сертификации.