Технология, разработанная учёными ИОФ РАН и МФТИ и основанная на магнитных наночастицах, сделает биохимический анализ крови точней, быстрей и таким же простым, как тест на беременность. Как сообщает пресс-служба МФТИ, метод позволит определять концентрации белковых молекулах в различных образцах, включая непрозрачные и сильно окрашенные жидкости.

Биосенсор

"Биосенсор можно использовать для медицинской диагностики, а также анализов пищевых продуктов, лекарств и мониторинга окружающей среды", - говорится в пресс-релизе.

Магнитные наночастицы, используемые в работе, способны соединяться с антителами к различным белкам. Сам биосенсор выглядит как тест-полоска из пористого материала с двумя реакционными линиями - контрольной и тестовой. На один край пластины капают исследуемую жидкость, смешанную с магнитными наночастицами (они уже соединены с антителами и за счёт этого способны связывать нужные белки). Жидкость течёт по пластинке и доходит сначала до тестовой линии, где задерживаются только частицы, связанные с белком, а потом до контрольной - там оседают уже свободные наночастицы. В результате, контрольная линия работает в любом случае если только сенсор не вышел из строя, например, из-за неправильного хранения, а на тестовой полоске остаётся тем больше белка, чем больше его было в исследуемом образце.

"Традиционно тесты, которые можно проводить не только в условиях лаборатории, а даже в полевых условиях, основаны на применении флуоресцентных или окрашенных меток, а результаты определяются визуально, "на глазок" либо с помощью видеокамеры, - приводятся в пресс-релизе слова Алексея Орлова, ведущего автора исследования и научного сотрудника ИОФ РАН. - Мы же используем магнитные частицы, которые обладают существенным преимуществом: с их помощью можно проводить анализ, даже окунув тест-полоску в полностью непрозрачную жидкость, скажем, определять вещества непосредственно в цельной крови. Точное численное измерение выполняется строго электронным способом с помощью портативного прибора. Ситуации "то ли да, то ли нет" абсолютно исключены".

Проверка работы

Также кроме высокой чувствительности разработка обладает большим динамическим диапазоном: верхний порог определяемой концентрации превышает нижний более чем в 4000 раз.

Работу своей системы учёные протестировали, измеряя в крови концентрацию простат-специфического антигена - одного из наиболее массово контролируемых маркеров при диспансеризации мужчин. Работу новой системы протестировали путем измерения в крови 0,025 нанограмм на миллилитр (при норме до 4 нанограмм) простат-специфического антигена - одного из наиболее массово контролируемых маркеров при диспансеризации мужчин.

"Простат-специфический антиген ПСА, является одним из возможных маркеров рака предстательной железы - а в криминалистике применяется для обнаружения следов семенной жидкости", - рассказал Орлов пресс-службе МФТИ. "Оба применения связаны с определенными ограничениями и не позволяют однозначно поставить диагноз/доказать вину подозреваемых, но возможности новой биосенсорной платформы не ограничиваются анализом ПСА; данный белок был выбран лишь для демонстрации".

Новый сенсор реагировал при концентрации ПСА вплоть до 0.025 нг/мл при норме 4 нг/мл. Такой чувствительно вполне достаточно чтобы, например, понять, не начался ли рецидив после удаления предстательной железы.

Сочетание надежности, доступности, а также высокой точности и чувствительности разработки позволяет рассчитывать на скорый переход от лабораторного прототипа к серийному производству, но конкретных сроков разработчики пока не указывают.

Исследование опубликовано в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Российские ученые из ИОФ РАН и МФТИ разработали новую биосенсорную систему, основанную на применении магнитных наночастиц и предназначенную для очень точного измерения концентрации белковых молекул в различных образцах, включая непрозрачные или сильно окрашенные жидкости, статью о своей работе ученые опубликовали в журнале Biosensors and Bioelectronics.

Новая разработка по своему принципу напоминает тест на беременность, отмечает пресс-служба МФТИ. Анализ проводится с помощью небольшой тест-полоски из пористого материала с двумя реакционными линиями. С одной из сторон наносится капля исследуемой жидкости; через некоторое время результат проявляется активацией либо одной, либо двух линий. Такая тест-полоска может долго храниться до использования. Проведение теста занимает мало времени, не требует специально обученного персонала, легко может проводиться рядом с пациентом и даже в полевых условиях.

Магнитные наночастицы на молекулярном уровне "сшиваются" с антителами к нужному белку, и затем их наносят на пористую пластину неподалеку от предполагаемого места контакта с изучаемым раствором. Жидкость, распространяясь по пластинке за счет капиллярного эффекта, захватывает магнитные частицы.

Далее она встречает две линии — тестовую и контрольную. Тестовая содержит антитела, которые задерживают интересующий белок и заодно те магнитные метки, которые соединились с молекулами белка за счет того, что наночастицы тоже "сшиты" с антителами. А контрольная линия задерживает только антитела с магнитными метками, и она срабатывает в любом случае, если тест-полоска пригодна к использованию. Роль контрольной линии – показатель того, что тест пригоден к употреблению, что белковые антитела в его составе не разрушились от неправильного хранения и что анализируемая жидкость попала туда, куда надо.

После того, как образец пропитал тест-полоску, и антитела провзаимодействовали друг с другом, можно считывать результат. На этом сходство с тестом на беременность заканчивается. В случае с "классическим" тестом на беременность результатом может быть либо "да", либо "нет". А разработанный тест позволяет не только выявить наличие белка с высокой чувствительностью, но и точно определить его концентрацию. Точность определения будет даже превосходить точность методов, которые выполняются только в лаборатории и только квалифицированным персоналом.

"Традиционно тесты, которые можно проводить не только в условиях лаборатории, а даже в полевых условиях, основаны на применении флуоресцентных или окрашенных меток, а результаты определяются визуально, "на глазок" либо с помощью видеокамеры. Мы же используем магнитные частицы, которые обладают существенным преимуществом: с их помощью можно проводить анализ, даже окунув тест-полоску в полностью непрозрачную жидкость, скажем, определять вещества непосредственно в цельной крови.

Точное численное измерение выполняется строго электронным способом с помощью портативного прибора. Ситуации "то ли да, то ли нет" абсолютно исключены", — приводятся в сообщении слова ведущего автора исследования, научного сотрудника ИОФ РАН Алексея Орлова.

Ученые отмечают, что наряду с высокой чувствительностью определения концентрации белка, новая тест-система позволяет проводить измерения в широком динамическом диапазоне: верхний порог определяемой концентрации превышает нижний более чем в 4000 раз.

Термин "динамический диапазон" знаком фотографам: применительно к фотоаппарату он обозначает способность матрицы или пленки различать градации яркости без засветки и без того, чтобы вовсе превращать картинку в темное пятно. Для биохимических измерений динамический диапазон подразумевает возможность измерять концентрацию белка как в очень разбавленном, так и очень насыщенном растворе.

Работу новой системы протестировали путем измерения в крови 0,025 нанограмм на миллилитр (при норме до 4 нанограмм) простат-специфического антигена — одного из наиболее массово контролируемых маркеров при диспансеризации мужчин.

Сверив полученные новым методом результаты с "золотым стандартом" для определения ПСА — иммуноферментным анализом (ИФА), ученые убедились в корректности работы новой тест-системы и ее значительном превосходстве над традиционной технологией.

В новой тест-системе исследователи применили собственную запатентованную методику MPQ (англ. magnetic particle quantification) высокочувствительного подсчета магнитных наночастиц по нелинейному перемагничиванию, которая позволяет регистрировать от 60 зептомолей (приставка "зепто-" означает 10 в минус двадцать первой степени!) наночастиц в линейном диапазоне, превышающем десять миллионов раз. Достигнутые параметры не имеют мировых аналогов. Суть метода состоит в воздействии на наночастицы переменным магнитным полем на двух частотах и регистрации индукционного отклика на комбинаторных частотах.

Очень многие методы анализа веществ основаны на том, что изучаемые объекты, будь то частицы или молекулы, можно "раскачать" электромагнитным полем. При правильно подобранной частоте образец начинает либо активно поглощать излучение, либо излучать в ответ. В данном случае ученые использовали комбинацию двух частот магнитного поля и следили за откликом на частоте, которая является их линейной комбинацией — это и называют "комбинаторной" частотой.

По словам руководителя исследований и заведующего лабораторией ИОФ РАН Петра Никитина, разработанные магнитные методы и регистраторы для считывания наномаркеров на тест-полосках позволяют не только обеспечивать упомянутые пределы и диапазоны измерения концентраций антигенов, но и эффективно контролировать все технологические этапы:

"Таким образом мы контролируем весь процесс: от разработки и оптимизации протоколов иммуноанализа, до проведения и интерпретации результатов. Это, в частности, достигается путем количественного мониторинга перераспределения наномаркеров в процессе биохимических реакций вдоль всех составляющих 3D пористых компонентов тест-полосок, что не реализовывалось сих пор иными методами. Кроме того, используемые для синтеза магнитных наночастиц соли железа несравнимо доступнее и дешевле, чем реагенты для синтеза золотых наночастиц, наиболее распространённых в пороговых тестах типа теста на беременность", — сказал Никитин.

Сочетание надежности, доступности и высокой точности с высокой чувствительностью позволяет рассчитывать на скорый переход разработки от лабораторного прототипа к серийному производству. Разработчики пока не называют конкретные сроки, но подчеркивают, что их тест-система может применяться не только для диагностики болезней, но также и в ряде других задач. Биосенсор позволит проводить анализы пищевых продуктов и лекарств, с его помощью можно будет проводить экологический мониторинг окружающей среды, и все это – прямо на месте, без сложных и дорогих приборов.

Академик РАН, специалист в области информационных технологий и математического моделирования, глава Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича РАН, президент Сколковского университета (Сколтех), председатель оргкомитета Всероссийской премии "За верность науке - 2015" Александр Кулешов рассказал о том, для чего нужна премия, какова заинтересованность наукой у современной молодежи, а также о том, что наука меняется.

- Для чего нужна премия? Каковы ее главные задачи? Какие цели преследуют инициирование и уже второе ее проведение?

- За последние десятилетия наука, признанная во всем мире как основной движитель прогресса, улучшения качества (да и продолжительности) жизни людей, в общественном мнении наших соотечественников потеряла былой престиж. Очень часто видишь и слышишь людей, совершенно не понимающих, что мы сегодня живем в мире, созданном не усилиями "класса-гегемона", а талантом и трудом так называемых "яйцеголовых". Часто можно прочесть в блогах высказывания типа: "А чего это мы будем платить народные деньги этим "чудикам", которые икса гоняют, уж если платить, то только за что-нибудь в хозяйстве нужное". Очень во многом такая позиция формировалась последние десятилетия усилиями средств массовой информации.

В отличие от советских времен, когда профессия ученого в кино, журналах и газетах преподносилась как наиболее престижная, интересная и даже романтичная (вспомните хотя бы знаменитый советский фильм "Девять дней одного года"). В последние годы представление о роли ученых в современном мире в нашей стране оказалось невероятно искаженным, что, конечно, сказывается и на финансировании науки, и на престижности труда ученого и, как следствие, убивает нашу высокотехнологичную индустрию. Куда идем?

В этом контексте трудно переоценить такое знаковое событие, как вручение премии за успехи в популяризации науки. Это, действительно, очень серьезный шаг в изменение негативного тренда, сложившегося в этой области. Но на самом деле определенные сдвиги происходят. С удивлением увидел недавно совершенно профессиональную передачу про deep learning по "России 24", ОТР активно пропагандирует науку. В целом надежды появились, будем надеяться, что надежды, а не иллюзии.

- Какова ваша оценка заинтересованности наукой современной молодежи? Наука молодеет?

- Невозможно, конечно, сравнить заинтересованность молодежи наукой в прошлые годы и сейчас. Однако, какие-то, впрочем, довольно слабые знаки, указывающие на некие позитивные изменения, все же появляются. В то же время надо понимать, что, к сожалению, значительная часть молодежи, выбравшая научную карьеру, предполагает, получив образование, защитив диссертацию в России, продолжить занятия наукой в западных лабораториях. Переломить эту тенденцию - жизненно важная задача для нашей страны.

- Какие, на ваш взгляд, самые эффективные инструменты вовлечения в науку молодых кадров сегодня?

- Не существует, конечно, никаких волшебных рецептов, но любые изменения в этой области должны быть направлены на повышение социального статуса ученого в нашей стране и на улучшение его материального положения. Но хочу добавить: наверняка многого не знаю. Только что был в Уфе и увидел совершенно неожиданно для себя много умных молодых ребят, мотивированных, неплохо образованных, наверняка с большим потенциалом. А самое странное - местное начальство это понимает и всячески стремится поддержать. Может, не так все плохо?

О премии

В 2014 году Министерство образования и науки Российской Федерации учредило премию в области популяризации научных достижений — "За верность науке". Целью инициативы является поощрение представителей СМИ, а также новых медиа и других пропагандистов современного научного процесса. Сегодня, когда популяризация науки и технологий является одним из важнейших приоритетов государственной деятельности, миссия премии "За верность науке" представляется особенно важной, так как проливает свет на не всегда доступные широкой аудитории результаты работы ученых и на знаковые события, происходящие в различных областях науки.

В экспертный совет вошли крупные ученые, заслуженные журналисты, освещающие тему развития российской науки, представители Минобрнауки России.

Члены экспертного совета, используя метод рангового голосования, проводят отбор претендентов на получение премии в девяти номинациях.

По итогам работы экспертного совета будут определены победители в девяти номинациях. Торжественная церемония награждения пройдет в Московском международном доме музыки в День российской науки 8 февраля 2016 года.

Необходимо максимально сократить путь от постановки научных задач до практического внедрения разработок путем кооперации науки и бизнеса, об этом заявил президент РФ Владимир Путин, выступая на заседании Совета при президенте по науке и образованию.

"У нас есть немало хороших примеров сотрудничества науки и бизнеса, наши ученые создают уникальные технологии, а отечественные компании на основе этих технологий выпускают продукцию высокой добавленной стоимости. Нужно вывести такую кооперацию на более высокий уровень, максимально сократив путь от постановки научных задач до практического внедрения конкретной разработки", — пояснил президент.

Также он призвал использовать опыт популяризации научных знаний в России. "Российским ученым, преподавателям вузов, представителям бизнеса нужно активнее подключаться к просветительским проектам, рассказывать о достижениях нашей науки, проводить популярно-научные мероприятия для людей разных возрастов и профессий", — заключил Путин.

Девятую планету Солнечной системы, об открытии которой заявили ученые США, мог бы обнаружить новый широкоугольный телескоп - его хотят построить в России к 2025 году. Об этом сообщил ТАСС заместитель директора Специальной астрофизической обсерватории (САО РАН) Валерий Власюк.

"Гипотеза о существовании за Нептуном планеты-гиганта требует подтверждения с помощью больших широкоугольных телескопов. Наша обсерватория предложила построить на юге России к 2025 году широкоугольный телескоп с зеркалом в 3-4 метра. Он мог бы поработать на обнаружение новой планеты", - сказал Власюк.

Гипотетическая девятая планета стала по счету третьей, открытой учеными с помощью сложных расчетов, а не наблюдений через окуляр телескопа. Первой планетой, открытой "на кончике пера", был Нептун в середине ХIХ века, вторым - Плутон (1930 год), но его лишили десять лет назад статуса за "малый рост" (всего 3 тысячи км в диаметре).

Последним успешным "ночным охотником" за новыми планетами был английский астроном немецкого происхождения Уильям Гершель - в 1781 году он открыл с помощью зеркального телескопа, построенного собственными руками, планету Уран. Гершель был большим романтиком и верил, что все планеты обитаемы.

Телескоп с большими обзорными функциями

По словам замдиректора обсерватории, задача по обнаружению девятой планеты "очень долгоиграющая" и за это время новый российский телескоп вполне может быть создан. Самый крупный из имеющихся в России телескопов - Большой телескоп азимутальный (БТА) - главный телескоп Специальной астрофизической обсерватории, по мнению Власюка, не может быть нацелен на поиск новой планеты по двум причинам.

Это огромная загрузка инструмента - наблюдательное время расписано буквально по часам. "Думаю, на других больших телескопах - европейских и американских, ситуация аналогичная", - отметил Власюк. Вторая причина - телескоп БТА имеет не очень подходящее поле зрения для решения задачи по поиску планеты. Он, подобно игле, проникает глубоко во Вселенную, но лишен обзорных функций, уточнил ученый.

Научный сотрудник Института прикладной астрономии (ИПА РАН) Николай Железнов высказал мнение, что из телескопов, имеющихся в распоряжении астрономов мира, только орбитальный Хаббл мог бы заняться поиском девятой планеты, "так как для него нет помех со стороны земной атмосферы".

Новый телескоп: цена вопроса - 3 млрд рублей

Идею строительства в России нового телескопа с обзорными функциями Специальная астрофизическая обсерватория выдвинула в самом конце 2015 года вместе с еще 20-ю проектами по развитию инструментальной базы отечественной астрономии. "Мы и еще несколько проектов получили поддержку научного сообщества, однако решение о строительстве телескопа еще не принято", - уточнил Власюк, заметив, что инициатива доведена до федеральных властей.

Стоимость проекта предварительно оценивается в 3 млрд рублей. "При создании телескопа предполагается использовать отечественные научные и технологические возможности", - отметил он. Новый телескоп предлагается разместить на Северном Кавказе, вблизи Специальной астрофизической обсерватории, так как здесь лучший в России "астрономический климат" - сочетание ясных и пасмурных дней, прозрачности атмосферы и поросшие лесом горы, что играет роль естественного фильтра для пыли.

Как подтверждается открытие планет

По словам Николая Железнова, подтвердить открытие новой планеты Солнечной системы можно только одним способом - провести долгую серию наблюдений. Причем обнаружить планету - только полдела. Нужно построить хотя бы в первом приближении ее орбиту, а это потребует длительного времени, особенно с учетом того, что планета в сотни раз дальше от Солнца, чем Земля, и время ее обращения вокруг Солнца может достигать нескольких сотен, и даже тысяч земных лет.

Затем для признания открытия, по мнению ученого, можно применить процедуру регистрации астероидов, которая занимает иногда до нескольких лет. "С планетой эта процедура может быть несколько иной в силу уникальности события", - полагает собеседник агентства.

Заявка на открытие

Сообщение об открытии девятой планеты Солнечной системы сделали сотрудники Калифорнийского технологического института Майкл Браун и Константин Батыгин в "Астрономическом журнале". Планету - предположительно газовый гигант, удалось вычислить с помощью компьютерного моделирования при изучении движения малых небесных тел в дальнем космосе. Исследователи полагают, что эта планета в 5-10 раз тяжелее и в 2-4 раза больше Земли и может оказаться пятой по размеру планетой Солнечной системы после Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

В последний раз число планет Солнечной системы увеличилось в 1930 году после открытия Плутона. Но он "за малый рост" потерял статус планеты в 2006 году. Международный астрономический конгресс лишил Плутон этого статуса, так как его диаметр оказался меньше, чем у Луны - всего три тысячи км.

Инициатива по лишению Плутона статуса планеты принадлежала Майклу Брауну, одному из соавторов работы по открытию новой девятой планеты, за что его даже прозвали "убийцей Плутона".

На кончике пера

Первой планетой, открытой "на кончике пера" - с помощью расчетов, а не наблюдений, был Нептун.

В 1843 году его орбиту вычислил английский астроном Джон Кух Адамс, в 1845-46 годах - французский астроном Урбен Леверье. Нептун, названный в честь бога морей, обнаружили 23 сентября 1846 года в 1 градусе от координат, предсказанных Леверье и в 12 градусах от координат, вычисленных Адамсом.

"Целевой задачей должно стать формирование консорциумов и цепочек добавленной стоимости и центром прибыли на территории РФ", - сказал директор ИМЭМО РАН Александр Дынкин Материал

Ученые предложили создать в России центры превосходства ведущих научных и образовательных организаций для повышения конкурентоспособности. Соответствующее предложение внес в четверг директор ИМЭМО РАН Александр Дынкин на заседании совета при президенте РФ по науке и образованию.

Центры превосходства в России

"В России существует ряд организаций, которые можно приравнять по ряду параметров к таким центрам. Полагаю, нам важны такие центры превосходства, которые могли бы повысить отечественную конкурентоспособность. Целевой задачей должно стать формирование консорциумов и цепочек добавленной стоимости и центром прибыли на территории РФ", - сказал Дынкин.

Дынкин предложил создавать такие центры опережающего роста по аналогии с практикой создания территорий опережающего развития на Дальнем Востоке. "Для них, как и на Дальнем Востоке, потребуется максимальная либерализация бюджетных, административных, кадровых, экспортно-импортных и закупочных процедур", - отметил ученый. В частности, по его словам, на время участия в консорциуме целесообразно ввести благоприятный налоговый режим для включенных в него групп компаний, а также в целях преодоления административных барьеров наделить руководителя центра "максимальными полномочиями под личную ответственность с прохождением всех процедур, которые распространяются на чиновников класса А".

Финансирование этих центров, по словам Дынкина, можно провести за счет реструктуризации соответствующих госпрограмм, за счет нормативного выделения средств из Российского научного фонда и Фонда фундаментальных исследований, а также привлечения отечественных и зарубежных венчурных и инвестиционных фондов.

По его словам, на базе таких центров необходимо стимулировать создание консорциумов, научно-прикладных исследовательских организаций, бизнес-структур, в том числе, малого и среднего бизнеса, производственных площадок, центров коллективного пользования и университетских школ. "Задачей такого консорциума должно стать выстраивание полного инновационного цикла, подготовка и сертификация кадров, патентная защита, национальная и международная сертификация и даже маркетинг", - сказал директор ИМЭМО РАН.

Зарубежный опыт

Дынкин отметил, что в странах ОЭСР число таких центров уже перевалило за три сотни, также они создаются в странах Северо-Восточной Азии. Основной характеристикой центров превосходства (Centre of excellence) в других странах является то, что их исследования носят междисциплинарный и конвергентный характер. Господдержку центрам осуществляют правительственные ведомства и региональные власти при софинансировании со стороны бизнеса.

По словам Дынкина, размер финансирования колеблется от $15 до $120 млн на срок 5-10 лет. "Численность исследователей достаточно скромная - 60-100 исследователей. Расходы на одного исследователя превосходят средний уровень по стране в США - в два раза, в Японии - на 60%, в Германии - на 20%. Этим структурам предоставляется высокая автономия в управлении и гибкость бюджетирования", - добавил он.

Центры превосходства ориентированы на международную кооперацию гораздо больше, чем другие научно-исследовательские структуры. Оценка их работы выполняется членами наблюдательного совета, в который входит национальные и иностранные специалисты, пояснил ученый.

Министерство образования и науки выступает за изменение механизма распределения бюджета в сфере науки. Об этом в четверг заявил глава ведомства Дмитрий Ливанов на заседании Совета при президенте РФ по науке и образованию.

"Важнейший вопрос, который предстоит решить для быстрого движения вперёд, - это изменение механизма управления финансированием научных организаций", - сказал министр.

Он отметил, что традиционная модель финансирования, когда деньги распределяются по госзаданию в соответствии со штатной численностью, возникла десятилетия назад, и основания, по которым она появилась, давно перестали существовать, а "финансирование инерционно сохраняется и сохраняется". "На уровне отдельных ученых, лабораторий необходимо выделить лидеров, которые уже сегодня работают, и обеспечить перераспределение средств в пользу этих лидеров, и таким образом и возникнут ведущие организации", - подчеркнул Ливанов.