Химия

Порой незначительные, на первый взгляд, детали имеют невероятное влияние на общую картину. Этот принцип применим ко многим сферам нашей жизни: таинственная улыбка Моны Лизы, породившая уйму теорий и спекуляций; одна строка кода, способная напрочь изменить функционал программы; порядок расположения атомов, меняющий свойства вещества. О последнем мы сегодня и поговорим. Ученые из университета города Цукуба (Япония) выдвинули теорию, согласно которой можно создать новую структуру алмаза, которая будет тверже всем известного минерала. Ученые назвали свое творение «пентаалмаз». Что нужно для создания пентаалмаза, какими свойствами он может обладать и где можно применять столь необычное вещество? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

В предыдущей статье мы обсудили основу метода молекулярной динамики, в том числе вычисление энергии и сил взаимодействия между частицами с заданными парными потенциалами. А что, если частицы обладают некоторым электрическим зарядом? Например, в том случае, если мы моделируем кристалл поваренной соли, состоящий из ионов Na⁺ и Cl^-. Или водный раствор, содержащий те или иные ионы. В этом случае, кроме парных потенциалов типа Леннарда-Джонса между ионами действуют силы электростатического взаимодействия, т.е. закон Кулона. Энергия такого взаимодействия для пары частиц i-j равна:

$$

где q – заряд частицы, r_ij – расстояние между частицами, С – некоторая постоянная, зависящая от выбора единиц измерения. В системе СИ это — $$, в СГС — 1, в моей программе (где энергия выражена в электронвольтах, расстояние в ангстремах, а заряд в элементарных зарядах) C примерно равно 14.3996.



Ну и что, скажете вы? Просто добавим соответствующее слагаемое в парный потенциал и готово. Однако, чаще всего в МД моделировании используют периодические граничные условия, т.е. моделируемая система со всех сторон окружена бесконечным количеством её виртуальных копий. В этом случае каждый виртуальный образ нашей системы будет взаимодействовать со всеми заряженными частицами внутри системы по закону Кулона. А поскольку Кулоновское взаимодействие убывает с расстоянием очень слабо (как 1/r), то отмахнуться от него так просто нельзя, сказав, что с такого-то расстояния мы его не вычисляем. Ряд вида 1/x расходится, т.е. его сумма, в принципе, может расти до бесконечности. И что же теперь, миску супа не солить? Убьёт электричеством?

Нейрохирургические операции – колоссально сложный процесс, требующий от врача предельного понимания структуры головного мозга, природы и формы патологии, допустимых границ вмешательства. Даже нейрохирурги с многолетним опытом могут испытывать трудности, столкнувшись с редким клиническим случаем, будь то труднодоступная локация опухоли, обширный инсульт или особенно крупная гематома.

Команда студентов НИТУ «МИСиС» разработала «фантом» человеческого мозга – модель из гидрогеля со структурным и механическим подобием реальному органу. «Фантомозг» позволит студентам изучать патологическую анатомию тканей, а практикующим нейрохирургам – проводить тренировочное оперативное вмешательство.

Умывайся мылом, да не поддавайся сплетням…
Русская народная поговорка

Я и раньше встречал людей, которые очень рьяно и уверенно говорили «коронавирус? да просто мойте руки мылом и все уйдет!». А сейчас такие люди почему-то начали объединяться и захватывать умы населения. И уже в поисковой выдаче Google можно встретить «Мыло как новая религия» или там «В борьбе с коронавирусом эффективно любое мыло!».
Не знаю, есть ли какой-то скрытый в этом всем смысл (как скрытый смысл в инстаграм-движениях антимасочников и т.п.) и есть ли смысл этот смысл искать. В этой заметке я просто расскажу, почему, с точки зрения химии интерфейсов, мыло от коронавируса не поможет (как и спирт) и лучше всего пользоваться где-то перекисью водорода, а где-то и горячо любимым гипохлоритом. Под катом — введение в механизм работы моющих средств в эпоху пандемии коронавируса + критика общемирового поветрия (заблуждения/вируса мозга/____вписать___нужное___). Глупостью и самонадеянностью микроорганизмы точно не победить. Ни вирусы, ни бактерии…
Спасибо подписчикам моего Patreon-а за активный «подогрев» и идеи!
Статья — из серии «закидываем в закладки и делимся с друзьями/знакомыми/врачами/копирайтерами медпорталов/научными сотрудниками etc.»

Цель данной статьи – поднять вопросы распараллеливания кода программы для численного моделирования методом молекулярной динамики (МД) с помощью технологии CUDA. Зачем это вообще нужно, ведь уже существуют программные пакеты по МД, работающие в том числе и на CUDA? Дело в том, что я развиваю свою собственную концепцию «непостоянного поля сил» (non-constant force field), которая не реализована в существующих МД-программах.

Переделывать чужой код под эти нужды – довольно неблагодарное занятие, поэтому я взялся перенести уже написанный свой последовательный код и заодно поделится некоторыми размышлениями. Кроме того, это ответ на часто мелькающий здесь комментарий к статьям по CUDA, вроде этого .

Итак, что же такое молекулярная динамика? На Хабре уже есть несколько постов на эту тему, например здесь или вот здесь. Кратко, МД – это метод, позволяющий моделировать движение множества частиц (в том числе атомов, ионов, молекул) и рассчитывать коллективные свойства системы, зависящие от этого движения. Как это работает? Допустим для множества из N частиц заданы некоторые начальные координаты, скорости, массы и (главное!) законы взаимодействия между ними. Изменяем координаты согласно скоростям. На основе законов взаимодействия вычисляем силы, действующие между частицами. Раз знаем силу и массу – знаем ускорение. Поправляем скорость с учетом ускорения. И снова переходим к изменению координат. И так повторяем тысячи раз, пока не надоест не наберем достаточную статистику.

За последнее время множество СМИ и интернет-порталов публиковали фотографии и видео того, как помещения повсеместно обрабатывают различными дезинфицирующими растворами. Вместе с тем, далеко не всегда понятно, какой именно дезинфектант применяется в том или ином случае. В данном обзоре мы решили выделить общие группы применяемых дезинфицирующих средств, а также зафиксировать отдельные их особенности.

У природы нет плохой погоды, как поется в знаменитой песне из кинофильма «Служебный роман». Однако далеко не все готовы согласиться с этим утверждением. Кому-то нравится холод, кто-то предпочитает жару, кому-то все равно. Я же отношусь к тем людям, которые будут жаловаться и на жару, и на холод, нам подавай комфортные +20 °C. К сожалению, не всегда и не у всех любителей нейтрального климата есть возможность жить в регионах, где он есть. Сейчас лето в самом разгаре, удушающая жара лишь изредка прерывается кратковременными грозами, которые не особо помогают. Если природа не готова идти нам навстречу, значит стоит делать что-то самим. Сегодня мы познакомимся с исследованием, в котором ученые из Манчестерского университета (Великобритания) разработали умную адаптивную ткань, способную снижать температуру тела человека ее носящего в жаркие дни. Что легло в основу умной ткани, как протекал процесс разработки, и какие дополнительные свойства и варианты применения имеются у этого изобретения? Ответы на эти вопросы мы найдем в докладе ученых. Поехали.

Материаловеды НИТУ «МИСиС» и Университета Западной Австралии представили инновационный биорезорбируемый сплав на основе магния, галлия и цинка. Материал может применяться для изготовления временных имплантатов при лечении переломов и восстановлении хирургически удалённых участков кости, а также в терапии остеопороза, множественной миеломы, болезни Педжета. Результаты исследования опубликованы в международном научном журнале Journal of Magnesium and Alloys.

Персональные ДНК тесты открывают новые возможности для исследования своего организма.
В этой статье я бы хотел привести пример, как самостоятельно найти информацию для интерпретации необработанных генетических данных, которые обычно можно скачать с сайта компании, где вы заказали тест.

Давайте рассмотрим что-нибудь не страшное вроде болезни Альцгеймера а безобидное вроде «возможность чувствовать горький вкус от некоторых веществ».

Первое, в чем надо разобраться, это как вообще мы можем ощущать вкус и как в теории на это может влиять генетика (и что мы имеем ввиду под «генетикой» в данном случае).

Мы ощущаем вкус благодаря молекулам — рецепторам. Термин рецептор был введен немецким ученым лауреатом Нобелевской премии Паулем Эрлихом. Подробнее историю возникновения концепции рецепторов можно изучить тут.
Посмотрим детальнее на то как работают мембранные рецепторы.


Схема работы мембранного рецептора

Мембранные рецепторы это белки, находящиеся в оболочках (мембранах) клеток. Удобно думать о рецепторах как о клеточных сенсорах, которые реагируют на специфические изменения среды снаружи клетки. Изменения могут касаться, например, концентрации каких-то веществ, есть также рецепторы, реагирующие на физические изменения окружающей среды — например рецепторы на фотоны.

На микро- и нанометровом уровне происходит множество интереснейших процессов, о которых мы даже не подозреваем, ибо их не так и просто увидеть. Чего стоит наше собственное тело: миллионы клеток из разных подсистем слаженно выполняют свои функции, поддерживая жизнедеятельность организма. Среди великого разнообразия необычных молекулярных образований стоит выделить молекулярные моторы, к которым причисляют моторные белки (например, кинезин). Концепция искусственных молекулярных моторов существует еще с середины прошлого века, а попыток создать нечто подобное было очень много, и все они чем-то отличались от других. Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором ученые из EMPA (Швейцарская федеральная лаборатория материаловедения и технологий) создали молекулярный двигатель из 16 атомов, что делает его самым маленьким на данный момент. Как именно ученые создавали нано-двигатель, какие его особенности и возможности, и как эта разработка может быть применена на практике? Об этом мы узнаем из доклада ученых. Поехали.

В силовой полупроводниковой электронике, как и во многих других областях полупроводниковой электроники, возможности кремния, основного полупроводникового материала, оказались практически исчерпанными. Поэтому ученые ведут интенсивный поиск материалов с новыми свойствами, которые позволили бы обеспечить качественный рывок в достижимых величинах напряжений и токов и рабочих температурах при сохранении высокой эффективности работы.

Ключом здесь является переход к так называемым широкозонным материалам, в которых требуется сообщить электронам атомов очень большую энергию, чтобы они начали участвовать в переносе электрического тока. Чем больше ширина запрещённой зоны, тем более высокое напряжение можно приложить к контактам прибора, не вызывая электрического пробоя, и тем ближе можно расположить контакты, уменьшая сопротивление, а значит, электрические потери мощности, и тем при более высокой температуре устройство будет сохранять свою работоспособность.

Ученые НИТУ «МИСиС», ФТИ им. А.Ф. Иоффе и компании «Совершенные кристаллы» продемонстрировали возможность изготовления нового материала и эффективного управления его свойствами с помощью дешёвой и экономичной технологии его выращивания. Материал является перспективной альтернативой кремнию в приборах силовой полупроводниковой электроники, области, имеющей дело с разработкой приборов и устройств, осуществляющих коммутацию, преобразование, усиление электрических сигналов с большими токами и напряжениями, т.е. с большой мощностью. Материал позволяет работать с более высокими напряжениями, при более высоких температурах, с меньшими потерями мощности.

Активное развитие аэрокосмической отрасли предъявляет все более серьезные требования к летательным аппаратам: они должны быть быстрыми, износостойкими, должны снижаться затраты на производство и обслуживание. Многие ведущее космические агентства (НАСА, ЕКА (Европа), а также агентства Японии, Китая и Индии) ведут активную разработку таких летательных аппаратов многоразового пользования — воздушно-космических самолетов (ВКС), применение которых позволит существенно снизить стоимость доставки людей и грузов на орбиту, а также сократить временные интервалы между полетами. С учетом такого количества требований к производительности аппаратов, требуется серьезно совершенствовать качество используемых в них материалов.

Группа ученых НИТУ «МИСиС» разработала керамический материал с самой высокой температурой плавления среди всех известных на данный момент соединений. Благодаря уникальному сочетанию физических, механических и термических свойств, материал перспективен для использования в наиболее теплонагруженных узлах летательных аппаратов — носовых обтекателях, воздушно-реактивных двигателях и острых передних кромках крыльев, работающих при температурах выше 2000 °С.

Умные часы, умные холодильники, умные чайники, умные подгузники (да, такое тоже есть) — в последние годы в мире электроники и не только появилось множество экземпляров устройств, чьи возможности были расширены сверх их первоначального спектра. Как правило, одной из основных черт «умных вещей» является связь с Интернетом, но это далеко не единственный критерий, по которому можно судить об интеллектуальных способностях гаджетов. Сегодня мы с вами познакомимся с исследованием, в котором ученые из Пхоханского университета науки и технологии (Пхохан, Южная Корея) создали цветоизменяющий датчик влажность воздуха, не требующий внешнего источника энергии или специфического источника света. Какими особенностями обладает необычное устройство, как оно создавалось и где его можно будет применять? Ответы на эти вопросы ждут нас в докладе ученых. Поехали.

Добрый день!

Думаю, многих из вас беспокоит качество воды, которую вы ежедневно пьете. Хочу провести небольшой сбор мнений для формирования клинической картины.

Тема этой заметки назревала давно. И хотя по просьбе читателей канала LAB-66, я просто хотел написать про безопасную работу с перекисью водорода, но в итоге, по непонятным (вот, да!) мне причинам, образовался очередной лонгрид. Смесь из popsci, ракетного топлива, «коронавирусной дезинфекции» и перманганатометрического титрования. Как правильно хранить перекись водорода, какие использовать средства защиты при работе и как спасаться при отравлениях — ищем под катом.
p.s. жук с картинки на самом деле называется “бомбардир”. И он там тоже где-то затерялся среди химикатов :)

Хомяки приветствуют вас друзья!

Сегодняшний пост будет посвящен конденсационной Камере Вильсона с помощью которой можно увидеть радиацию в виде треков заряженных частиц. Зрелище завораживающее! В ходе посмотрим, как создать такое устройство, как его правильно запускать и узнаем при каких условиях частицы открывают полный потенциал для стороннего наблюдателя — типа нас с вами.



Из китайской провинции были заказаны все необходимые комплектующие и работа закипела. Забегая вперед скажу, что в последующие дни не выходя из длительного запоя мне хотелось убить китайца, отрезать себе палец и принести в жертву барана который раскидал подводные камни на пути олицетворения радиационных треков. Все оказалось не так просто как кажется с первого взгляда. Потому начну по порядку.

Эх… и если бы мне ещё в школьные и студенческие годы простым языком объяснили громадное значение такого явления, как дисперсия и вытекающих методов анализа сопутствующих процессов в окружающей среде… таких, например, как метод динамического рассеяния света.

Но тогда мы вводили в поисковики запросы о практическом применении и поисковик, как вы уже поняли, мало что выдавал.

Про метод ДРС — нужен он нам для того, чтобы с помощью лазера измерять размеры микро и наночастиц.

«Для чего нам их измерять?» — Спросите вы…

Постараюсь ответить на ваш вопрос наиболее простым способом: мы измеряем не просто частицы а также и их состояние в составе определённого вещества при определённом воздействии.

Нужно нам это вот для чего: предположим, что мы хотим диагностировать эмоциональное состояние или наличие либо отсутствие у человека психического расстройства.

В наше время все активнее обсуждается переход на водородную энергетику, и поэтому вариант использования смеси водорода с другими горючими газами сейчас выглядит как новейшая технология. Тем не менее эта идея не нова, и имеет аналоги в прошлом.

Одним из самых значимых для современного общества изобретений является пластмасса, т.е. синтетические полимеры. Дешевизна, легкость изготовления и вариативность внешнего вида и физических свойств позволили пластику распространиться по всему миру с невероятной скоростью. Видов пластика много, но все они в той или иной степени присутствуют в нашей жизни ежесекундно, хотим мы того или нет: канцелярия, детали авто, бытовая техника, медицинское оборудование, игрушки, упаковка продуктовых и хозяйственных товаров и т.д. Естественно, столь широкое распространение данного чудо-материала приводит к образованию огромного объема пластикового мусора, который не спешит разлагаться, приводя к экологической катастрофе как на суше, так и на воде. Дабы решить эту проблему, ученые из Корнеллского университета (США) на протяжении последних 15 лет разрабатывали новый тип пластика, который будет соответствовать всем коммерческим требованиям, но при длительном воздействии ультрафиолета будет достаточно быстро разлагаться. Из чего состоит новый полимер, как уф-излучение его разлагает, и сможет ли это изобретение спасти Мировой океан от пластмассового удушья? Ответы на эти вопросы ждут нас в докладе ученых. Поехали.

И снова о злободневной теме здоровья. При инсультах и травмах позвоночника, помимо непосредственного поражения нервных волокон опасны и вторичные процессы, связанные с начальным повреждением, — перепроизводство свободных радикалов и развивающееся воспаление тканей. Международный коллектив ученых разработал управляемую биохимическую «ловушку» свободных радикалов. В основе — фермент супероксиддисмутаза.