Исследователи из лаборатории Ханса Клеверса (Институт Хубрехта) и университетской больнице в Утрехте (Нидерланды) использовали технологию органоидов для выращивания миниатюрных слезных желез человека.

Ученые использовали технологию органоидов, чтобы вырастить в миниатюрные версии слезной железы мыши и человека. По сути, органоиды —крошечные трехмерные структуры, имитирующие функции настоящих органов.

В новом исследовании органоиды используются в качестве модели для изучения того, как определенные клетки слезной железы человека функционируют. Ученые во всем мире могут использовать эту модель для определения новых вариантов лечения пациентов с заболеваниями слезных желез (например, синдром сухого глаза). Ученые выразили надежду, что в будущем органоиды можно будет трансплантировать пациентам с нефункционирующими слезными железами. Результаты опубликованы в журнале Cell Stem Cell 16 марта.

Слезная железа расположена в верхней части глазницы. Она выделяет слезную жидкость, которая необходима для смазки и питания роговицы и имеет антибактериальные компоненты. Дисфункция слезной железы, например, при синдроме Шегрена, может иметь серьезные последствия, включая сухость глаза или даже изъязвление роговицы. В тяжелых случаях это приводит к слепоте. Проблема в том, что точная биология функционирования слезной железы была неизвестна, а надежная модель для ее изучения отсутствовала. Так было до сих пор: исследователи из группы Ханса Клеверса (Институт Хубрехта) представили первую человеческую модель для изучения того, как клетки слезной железы функционируют и что может пойти не так в этом процессе.

После того, как ученые вырастили органоиды слезных желез, их задача заключалась в том, чтобы заставить их плакать. Органоиды выращиваются с использованием коктейля факторов, стимулирующих рост. Однако биологам пришлось изменить обычный коктейль, чтобы органоиды могли плакать. Как только исследователи нашли правильную смесь факторов роста, они смогли вызвать и слезы. Глаза человека всегда влажные, как и выращенные в лаборатории слезные железы, отмечают ученые.

Подобно тому, как люди плачут в ответ, например, на боль, органоиды плачут в ответ на химические раздражители, такие как норадреналин. Клетки органоидов проливают слезы на внутренней части органоида, который называется просветом. В результате органоид раздувается, как воздушный шар. Таким образом, и размер можно использовать как индикатор слезоотделения и секреции. Дальнейшие эксперименты показали, что разные клетки слезной железы производят разные компоненты слезы. И эти клетки по-разному реагируют на стимулы, вызывающие слезу. 

Ученые разработали невидимые этикетки для защиты от подделок

Исследователи из Университета ИТМО и Санкт-Петербургского академического университета разработали новую технологию маркировки подлинных товаров. Производители смогут маркировать электронику, лекарства, украшения и другие товары невидимыми изображениями, которые можно увидеть только с помощью специального оборудования. Этикетки помогут уберечь товар от подделки. Исследование опубликовано в Advanced Materials.

Компании по всему находятся в поисках способы защиты своих товаров от подделки. Но доступные методы предлагают только временные решения. Как только злоумышленники обнаруживают способ обойти существующие защитные меры, технология становится полностью бесполезной. Российские ученые предложили новые ярлыки, которые не так-то просто расшифровать. Их делают из полупроводниковых материалов с помощью лазеров.

С помощью лазера ученые добавляют ионы редкоземельного металла — эрбия.

Они создают уникальное изображение на наклейке из силиконовой нанопленки. Для этого сначала делается решетка отверстий на пленке, невидимую для невооруженного глаза. Некоторые из этих отверстий содержат ионы эрбия, другие нет. Под воздействием лазерного излучения отверстия с эрбием меняют цвет. Таким образом, они позволяют ученым правильно читать изображение.

Правонарушителям может потребоваться много времени, чтобы обнаружить содержание таких изображений. Для этого им нужно будет проникнуть в систему отгрузки, научиться работать с оборудованием и освоить методы считывания этикеток. Эти ярлыки стали еще более безопасными благодаря нескольким настраиваемым характеристикам.

Новые этикетки основаны на люминесценции ионов эрбия. Она характеризуется несколькими параметрами: интенсивностью, длиной волны и сроком службы излучения. Комбинация этих параметров позволяет создавать дополнительные уровни защиты. 

Разработанная система устойчива к химическим и механическим воздействиям, также может быть изготовлена ​​на гибкой пленке. По словам Ивана Мухина, заведующего лабораторией Санкт-Петербургского академического университета и исследователя ИТМО, эти факторы увеличивают потенциал технологии для внедрения в сектор экономики уже сейчас.

Создано устройство, которое выполняет вычисления, печатая ячейки на бумаге

Исследователи из Университета Помпеу Фабра в Испании разработали устройство, способное выполнять вычисления путем печати ячеек (клеток) на бумаге. Впервые они разработали живое устройство, которое можно использовать вне лаборатории без участия специалиста, и его можно производить в промышленных масштабах по невысокой цене.

В настоящее время у нас есть много электронных устройств — таких, как компьютеры и планшеты — вычислительная мощность которых достаточно велика. Но, несмотря на их мощность, они представляют собой очень ограниченные устройства для обнаружения биологических маркеров, которые указывают на наличие болезни. По этой причине несколько лет назад начали разрабатываться биологические компьютеры — живые клеточные устройства, которые могут обнаруживать несколько маркеров и генерировать сложные ответы. В них исследователи используют биологические рецепторы, которые позволяют обнаруживать экзогенные сигналы и с помощью синтетической биологии изменять их, чтобы давать ответ в соответствии с информацией, которую они обнаруживают.

К настоящему времени разработаны клеточные устройства, которые должны работать в лаборатории в течение ограниченного времени при определенных условиях и должны обрабатываться специалистом в области молекулярной биологии. Теперь группа исследователей из Университета Помпеу Фабра разработала новую технологию печати сотовых устройств на бумаге, которую можно использовать вне лаборатории.

Интересно, что они используют в качестве чернила различные типы клеток с питательными веществами для рисования. Клетки остаются зажатыми в бумаге, живыми и функциональными, и там они продолжают расти и могут испускать сигналы, которые проходят через бумагу и достигают других клеток. Причина, по которой это делается на бумаге (или других поверхностях, например, на ткани), в основном практическая. Это дешевый метод и легко адаптируется к промышленному использованию, а большие количества могут производиться с очень низкими затратами.

«Мы хотели разработать масштабируемую модель и подумали об использовании системы печати, подобной той, которая используется для печати футболок. Мы делаем формы по нашему рисунку, мы пропитываем его различными ячеистыми чернилами, как буфер, наносим на бумагу, и ячейки осаждаются». 

Сира Могас-Диес из Университета Помпеу Фабра в Испании 

Сильной стороной является то, что эти устройства на бумаге можно хранить в холодильнике или даже замораживать, поскольку ячеистые чернила содержат криопротекторы, которые позволяют это делать. Таким образом, в отличие от предыдущих устройств, их можно хранить в течение длительного времени перед использованием.

В этом новом подходе каждый элемент устройства представляет собой группу клеток, в данном случае бактерий, с минимальными генетическими модификациями, которые могут обнаруживать различные сигналы. Клетки живут в полосе бумаги и общаются друг с другом, интегрируют сигналы и генерируют тот или иной ответ в зависимости от различных комбинаций обнаруженных сигналов. Элементы не меняются, но, изменяя их расположение в пространстве с помощью рисунка, который они делают на бумаге, можно создавать устройства с различными функциями.

«Таким образом, порядок расположения ячеек — это программное обеспечение, ячейки — это оборудование, а бумага — это физический субстрат, на котором размещены эти ячейки» 

Хавьер Масиа из Университета Помпеу Фабра в Испании 

Исследовательская группа разработала различные биосенсоры, один из которых предназначен для обнаружения ртути. Вклад системы по сравнению с другими существующими системами состоит в том, что она позволяет визуально оценить концентрацию ртути, не требуя наличия в лаборатории устройства, которое ее измеряет. В зависимости от количества присутствующей ртути на реактивной полоске появляется больше или меньше точек, которые можно подсчитать невооруженным глазом.

Создана батарея из растительного крахмала и углеродных нанотрубок

Новый тип батареи, напечатанной на 3D-принтере, в которой используются электроды из растительного крахмала и углеродных нанотрубок, предоставит мобильным устройствам более экологически чистый источник энергии с большей емкостью.

Группа инженеров из университета Глазго разработала батарею, чтобы сделать более экологичные литий-ионные батареи, способные более эффективно хранить и отдавать энергию. Конструкция и производство батареи описаны в статье, опубликованной в Journal of Power Sources.

Литий-ионные аккумуляторы представляют собой полезное сочетание легкого и компактного форм-фактора и способности выдерживать множество циклов зарядки и разрядки. Это сделало их идеально подходящими для использования в широком спектре устройств, включая ноутбуки, мобильные телефоны, умные часы и электромобили.

Как и многие батареи, литий-ионные батареи содержат положительный электрод, часто сделанный из литий-кобальта / оксида марганца или фосфата лития-железа , и отрицательный электрод, часто сделанный из металлического лития. Во время зарядки ионы лития протекают через электролит от положительного электрода к отрицательному, где они хранятся. Во время использования ионы текут в противоположном направлении, генерируя энергию для питания устройств за счет электрохимической реакции.

Одним из физических ограничений на количество энергии, которое может накапливать и выделять конструкция литий-ионных батарей, является толщина их электродов. Более толстые электроды ограничивают диффузию ионов лития через электрод, тем самым ограничивая удельную энергию литий-ионных батарей. Увеличение толщины электродов также снижает их устойчивость к деформации, делая их более склонными к растрескиванию. Как только электрод ломается, аккумулятор приходит в негодность.

Разработка ученых под руководством университета Глазго направлена ​​на достижение лучшего баланса между размером и площадью поверхности электродов за счет введения крошечных наноразмерных и микромасштабных отверстий или пор в их конструкцию. Изрезая поверхность и внутреннюю часть электродов порами, они могут значительно увеличить площадь поверхности по сравнению с твердым электродом с такими же внешними размерами.

Для этого ученые использовали технологию аддитивного производства — 3D-печать. Цель — строго контролировать размер и расположение каждой поры в своих электродах.

Они загрузили свой 3D-принтер разработанным ими материалом, который сочетает в себе полимолочную кислоту, фосфат лития-железа и углеродные нанотрубки.

Что такое полимолочная кислота? PLA(PolyLactic Acid, Polylactide) — это алифатический термопластичный полимер, получаемый из100% возобновляемых ресурсов, таких как кукуруза и картофельный крахмал. Посредством полимеризации PLA приводит к образованию поли (L-молочной кислоты) (PLLA). Химические и физические свойства этих PLA полностью совпадают

Это биоразлагаемый материал и он увеличивает рециркулируемость батареи.

Батарея с электродом на 300 микрон и пористостью 70% показала наилучшие результаты во время испытаний с удельной емкостью 151 миллиампер-час на грамм, или мАч / г, — стандартное измерение того, сколько заряда может удерживать батарея. Это примерно в два-три раза выше производительности традиционной литий-ионной батареи с твердым электродом такой же толщины.

Повышенная пористость и, следовательно, большая площадь поверхности самого толстого 300-микронного электрода также повлияла на емкость батареи, она увеличилась на 158%.