Как работают металинзы. Раскол в Антарктике. Биспецифичные антитела и рак. Новости на QWERTY №162
[Музыка] Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир, и, как обычно, мы стремимся начать эту неделю с самых интересных и увлекательных новостей науки, произошедших за последние 7 дней.
Из этого ролика вы узнаете, что представляет собой эта линза с переменным фокусным расстоянием, как биоспецифичные антитела борются с раковыми оборотнями в погонах, как выглядел раскол Антарктиды в феврале, что нейросеть получила из рисунка в Галилее, и кто лучше всех станцевал свою диссертацию. Все подробности по ссылкам в описании.
Лучшая новость прошлого ролика — эта новость про то, что впервые физики получили сразу три закрученных лазерных луча, вложенных друг в друга. То есть мультиплексирование света для уплотнения канала передачи данных, использовав впервые квантовый эффект Холла для света, и добившись применения высоких квантовых чисел вплоть до 276.
Самый простой пример мультиплексирования — это когда по одному телефонному проводу передаются сразу несколько телефонных звонков. Что же такое это квантовое число? В данном случае это количество оборотов, которые луч совершает вокруг оси вращения на расстоянии одной длины волны. Подробнее при щелчке по подсказке — это настоящее феерии.
Продолжим. В этой новости, хоть раз взглянув на здоровенный телевик, легко осознать, что миниатюризация, коснувшаяся телефонов, ноутов, телевизоров, все еще в полной мере не добралась до обычных стеклянных линз. Все потому что оптические свойства линз зависят от формы их поверхности, а ее все еще сложно и дорого полировать. К тому же в объективах ни одна линза и даже не две.
Однако существуют так называемые мета-линзы, сделанные из метаматериалов. Вот они и впрямь могут сыграть роль в миниатюризации. Мета-материалы представляют собой композиты с набором четко упорядоченных миниатюрных структур мета-атома, придающих материалу акустические или электромагнитные свойства, не встречающиеся в природе. На их основе, например, разрабатывают мантию невидимости, как в Гарри Поттере.
А вот так выглядела плоская Fish. Ой, это линза из М, и правда работающая только в инфракрасном диапазоне. Однако инфракрасный диапазон тоже невероятно важен и имеет множество применений. Мета-линзы могут иметь толщину в несколько десятков микрон, могут преодолевать дифракционный предел и даже не нуждаются в физическом перемещении относительно объектива. Например, фокусировать можно, меняя ее оптические свойства на ходу, изменяя физические свойства самой линзы.
В том же М разработали мета-линзу, которая при миниатюрных размерах может менять своё фокусное расстояние от полутора до двух миллиметров за счет перехода между кристаллическим и аморфным состоянием вещества мета-атома. Это вещество — соединение германия, сурьмы, селена и теллура. Учёные сначала моделировали разные наборы, состоящие из мета-атома, похожих на знак +, букву H или Ой.
Оптимальный набор мета-атома, способствующий отсутствию искажений по краям изображения, реализовали на подложке из фторида кальция при помощи электронной литографии. Вот как идеально выглядят мета-атома при приближении. Для перехода между кристаллическим и аморфным состоянием вещества использовался старый добрый нагрев.
В испытаниях линза показала отличный коэффициент контрастности и исключительное качество фокусировки, как видно на этом изображении с разными фокусными расстояниями и состояниями вещества. А между прочим, для мета-линзы очень сложно добиться высокого качества фокусировки из-за того, что у нее нет той непрерывности в изгибах, которые есть у стеклянных линз. Нужного эффекта добиваются, изменяя форму атомов ближе к краям этой линзы.
Да, судя по всему, грядет немного революции в эндоскопии, робототехнике, но сперва, конечно же, в этих ваших смартфонах! Предыдущий год зарекомендовал себя неплохим просветителем — даже ленивый разобрался, что такое антитела и для чего они нужны. Но эта новость не про коронавирус, а про биоспецифичные антитела, работающие против коварных мутаций раковых клеток.
Биоспецифичные антитела — это искусственные антитела, способные прикрепляться сразу к двум типам антигенов. Зачем это может понадобиться? Да хотя бы для того, чтобы склеить два типа клеток. Первый тип — это клетка иммунитета, Т-клетка-киллер, уничтожающая раковые опухоли. А второй тип — это как раз раковая клетка с определенной мутацией.
Так Т-клетка обнаруживает свою цель и парализует её особыми веществами, вызывающими клеточную смерть. Мишень, на которой учёные целятся, — это поломанный белок P53, а точнее, его самая распространённая мутация. Но при том, что она самая распространённая, она крайне плохо выявляется иммунной системой, поэтому клетки иммунной системы самостоятельно дании добираются редко.
Белок P53 регулирует клеточный цикл и выступает опухоль-супрессора, то есть чем-то вроде клеточной раковой полиции. Поэтому плохо, когда раковые полицейские становятся коррумпированными, и вреда много. В 50 процентах раковых опухолей есть эта мутация и найти сложно. С другой стороны, если антитела начнут присоединяться к клеткам с нормальным P53, то аутоиммунный взрыв обеспечен, поэтому крайне важна высокая точность распознавания.
Эксперименты проводили в лаборатории на четырех типах раковых клеток с мутацией P53. Во всех случаях биоспецифичные антитела справлялись и помогали поразить раковые клетки, причём даже тогда, когда плохого белка P53 было относительно мало. Эксперименты на мышах тоже показали, что мышиные иммунные клетки в присутствии новых синтезированных антител хорошо уменьшили посаженные им опухоли из человеческой миеломы.
Очень важно, что такие антитела универсальны, то есть их не нужно разрабатывать под конкретного пациента, как в случае с дорогой адекватной терапией. С другой стороны, они сами не воспроизводятся в организме, поэтому их нужно будет постоянно подливать, но это не так уж критично. В целом считаем, что это важный шаг в борьбе со сложными раковыми мутациями.
Однако доклинических испытаний на людях пройдёт ещё несколько лет. 26 февраля от Антарктиды, а точнее, от шельфового ледника Бранта в Западной Антарктике откололся кусочек льда, занимающий площадь чуть меньше одной десятитысячной от площади самой Антарктиды. Вот только это почти что площадь Санкт-Петербурга.
Сейчас стали доступны спутниковые снимки из категории до и после для айсберга, получившего название А74. О том, что это произойдёт, знали давно, гораздо дольше, чем несколько недель, как говорится в некоторых источниках. Главная трещина в этом леднике была стабильна на протяжении 35 лет, а в 2016 году она ускорила свой рост до 4 километров в год. В этом же году появилась и 2 трещина. Когда трещины соединились, айсберг и откололся.
Весь процесс, разумеется, вполне естественен и смоделирован заранее. Вызван он, нет, конечно же, нестабильностью шельфового ледника, перемещающегося на запад со скоростью около двух километров в год. В 2014 году местную исследовательскую станцию даже перенесли в безопасное место во избежание, так сказать, катастроф.
Хотя это далеко не самый крупный айсберг за историю Антарктиды, наблюдать за такими событиями интересно, особенно зная, что сейчас ледяной щит стал разрушаться в шесть раз интенсивнее, чем он это делал в конце восьмидесятых. Напомните, пожалуйста, а когда там Титаник, настоящий океанский лайнер, собираются спускать на воду?
Нейросети не только умеют оживлять лица давно умерших или вообще никогда не живших людей. Разумеется, вы уже знаете про этот презабавный сервис Deep Nostalgia. Он, как австралийский пожар, разнесся по интернету. Нейросети могут показать, как выглядело наше солнце четыре столетия назад. Это работает не как перемотка времени назад или обратно, а с помощью математического моделирования.
Нейросеть научили обрабатывать рисунки, которые были сделаны такими личностями, как Галилей. Известно, что Галилео Галилей направил свой телескоп на солнце в 1612 году и получил перевернутое изображение светила на белом фоне, но диск был неоднородным, на нём были пятна. Их то Галилей и зарисовал. Хотя опытные на солнце знали весьма и весьма задолго до этого, получить первые точные их изображения удалось только тогда.
Эти старинные рисунки превратила в аналоги изображений, которые получают современных солнечных зондов. Вот так выглядят сгенерированные изображения, которые показывают информацию о солнечной активности четыре века назад, причём на них даже отражены силовые линии магнитных полей. Слева, конечно, рисунок Галилея. Тренировалась сеть на рисунках, которые вот уже больше века по традиции продолжают делать в обсерватории Mount Wilson от руки.
Она сопоставляла рисунки 2011-2015 годов с фотографическими изображениями зондов этого же периода. Пока что эта работа показывает, что метод просто работает, но в дальнейшем он поможет собрать воедино пропущенную магнитную историю солнца от Галилея до первых серьёзных астрономических инструментов.
В какой-то степени то, что вы сейчас увидите и услышите, относится к гибриду искусства и науки, именуемому Art and Science. Кстати, на такое направление можно даже поступить учиться в магистратуру! Конкурс под названием "Станцую свою диссертацию" можно отнести к наиболее безобидным для неподготовленной психики проявления Martin Silence.
Помню, я был свидетелем перформанса, в котором нейросеть по движениям личинок жуков составляла звуковую композицию. Итак, конкурс Dance и HD процветает с 2008 года и подразумевает, что суть научных работ их авторы доносят при помощи танцев, балета, мюзиклов и других творческих историй. Главными победителями этого года, в том числе в номинации "Физика", стали финские физики, читающие рэп про формирование и разлет молекулярных кластеров в атмосфере.
И это шедевр! Ещё не спросив, купил. [Музыка] Да, не часто можно услышать предложение станцевать зачет по серверу или пропеть экзаменационные сочинения как минимум плюс bulk итоговой оценки, и это заслуживает. В биологии победила француженка с восточным танцем о проблеме микропластика, его разрушение под воздействием света в океанах.
Там на самом деле целый 10-минутный больниц с костюмированной постановкой и световым шоу высокохудожественных. [Музыка] А вот так выглядит немного кремовая диссертация по химии про поведение соединений железа. [Музыка] В социальных науках победила пантомима про способности детей описывать окружающую среду при помощи пантомимы и отелей.
В пример recourse. Специально для этого года велика видная номинацию, в которой победительница станцевала про взаимодействие нуклеокапсида и РНК коронавируса. И нет, дорогие друзья, танцевать новости науки мы не будем. Хотя, ну что ж, а на этом сегодня всё!
Большое спасибо вам за просмотр! Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно в нашем Telegram-канале, а если вы хотите ещё больше новостей, то переходите в наш паблик ВКонтакте. И не забудьте подписаться на QWERTY здесь, на YouTube, в Instagram и Telegram. До скорых встреч! Пока! [Музыка] Вот! [Музыка]