Rozwiązanie zagadki Słońca sprzed 400 lat

Międzynarodowy zespół badaczy kierowany przez Geoffreya Vasila z Uniwersytetu w Edynburgu jest coraz bliżej rozwiązania liczącej 400 lat tajemnicy słonecznej, którą próbował zrozumieć nawet Galileo Galilei.

Odkąd po raz pierwszy zaobserwowali aktywność magnetyczną Słońca, astronomowie starali się określić, skąd pochodzi ten proces. Teraz, po przeprowadzeniu serii skomplikowanych obliczeń na superkomputerze NASA, naukowcy odkryli, że pole magnetyczne powstaje około 30 000 km pod powierzchnią Słońca. Odkrycie zaprzecza wcześniejszym teoriom, które sugerowały, że zjawisko to ma głębokie korzenie i zaczyna się ponad 2 00 000 km poniżej. Praca została opublikowana w czasopiśmie Natura.

Nowe odkrycie pomoże astronomom lepiej zrozumieć dynamiczne procesy zachodzące na Słońcu, co może prowadzić do dokładniejszego prognozowania rozbłysków i burz słonecznych, takich jak ta w maju, która umożliwiła piękne, rozległe widoki zorzy polarnej. Chociaż majowe burze nie spowodowały żadnych poważnych szkód w infrastrukturze ziemskiej, takiej jak sieci elektroenergetyczne i sieci telekomunikacyjne, w tym narzędzia do nawigacji GPS i satelity krążące po orbicie okołoziemskiej, silniejsze burze mogą powodować poważne zniszczenia.

„Ta praca proponuje nową hipotezę dotyczącą sposobu generowania pola magnetycznego Słońca, która lepiej pasuje do obserwacji Słońca i, mamy nadzieję, może zostać wykorzystana do lepszego przewidywania aktywności Słońca” – powiedział Daniel Lecoanet z Northwestern University, ekspert w dziedzinie astrofizycznej dynamiki płynów i współautor artykułu.

Przez lata fizycy poczynili znaczny postęp w zrozumieniu pochodzenia dynama słonecznego – procesu fizycznego generującego pole magnetyczne – ale ograniczenia pozostały (See „Światło na plamy słoneczne”, Linia frontu, 11 stycznia 2013). Teorie sugerujące, że dynamo ma głębokie pochodzenie, przewidują na przykład cechy Słońca, takie jak silne pola magnetyczne na dużych szerokościach geograficznych, których nigdy nie zaobserwowano.

Zespół Vasila opracował nowe, najnowocześniejsze symulacje numeryczne w celu modelowania pola magnetycznego Słońca. W przeciwieństwie do poprzednich modeli, nowy model uwzględnia oscylacje skrętne, czyli cykliczny wzór przepływu gazu i plazmy wewnątrz i wokół Słońca. Ponieważ słońce nie jest stałe jak ziemia i księżyc, nie obraca się jako jedno ciało; jego obrót zmienia się w zależności od szerokości geograficznej. Podobnie jak 11-letni cykl magnetyczny Słońca, oscylacje skrętne również podlegają cyklowi 11-letniemu.

„Ponieważ fala ma ten sam okres co cykl magnetyczny, uważa się, że te zjawiska są ze sobą powiązane” – powiedział Lecoanet. „Jednak tradycyjna „głęboka teoria” nie wyjaśnia, skąd biorą się oscylacje skrętne. Intrygującą wskazówką jest to, że znajdują się one jedynie w pobliżu powierzchni Słońca. Nasza hipoteza jest taka, że ​​cykl magnetyczny i oscylacje skrętne są różnymi przejawami tego samego procesu fizycznego.

Na podstawie symulacji numerycznych naukowcy odkryli, że nowy model zapewnił ilościowe wyjaśnienie właściwości obserwowanych w przypadku oscylacji skrętnych. Model wyjaśnił także, w jaki sposób plamy słoneczne podążają za wzorcami aktywności magnetycznej Słońca, co jest kolejnym szczegółem, którego brakuje w teorii głębokiego pochodzenia.

Nowatorska metoda masowej produkcji rekombinowanych białek

MASYWNA produkcja rekombinowanych białek, takich jak antygeny szczepionkowe, insulina i przeciwciała monoklonalne, odbywa się zwykle przy użyciu tak zwanych „fabryk” komórkowych, w których ekspresję danego białka uzyskuje się poprzez manipulację ekspresją genów w organizmie w celu wytworzenia dużych ilości rekombinowanego genu.

Powszechnie stosowane systemy produkcyjne obejmują te pochodzące z organizmów, takich jak bakterie, komórki bakulowirusa/owada, komórki ssaków i drożdże, w których zmodyfikowane komórki tych systemów hoduje się w dużych bioreaktorach. Najpowszechniej stosowanym organizmem są drożdże Pichia pastoris (teraz nazywany Komagataella phaffii). Zawiera unikalny promotor, specyficzny region genu, który można aktywować metanolem. Promotor ten koduje enzym zwany oksydazą alkoholową.

Jednak wadą tego procesu jest to, że do wywołania ekspresji genów potrzebny jest metanol. Metanol jest łatwopalny i toksyczny dla komórek, jeśli nie zostanie dokładnie usunięty, ponieważ może wytwarzać szkodliwe produkty uboczne, które mogą uszkodzić rekombinowane białka. Naukowcy z Indyjskiego Instytutu Naukowego (IISc) opracowali alternatywny, bezpieczniejszy proces, który opiera się na glutaminianie sodu (MSG), powszechnym dodatku do żywności. Praca została opublikowana w czasopiśmie Fabryki komórek drobnoustrojów.

Naukowcy odkryli, że MSG może aktywować w genomie drożdży inny promotor, który koduje enzym zwany karboksykinazą fosfoenolopirogronianową, którego aktywacja za pomocą MSG doprowadziła do produkcji białka podobnej do tej uzyskiwanej w przypadku metanolu.

Optymalizacja pożywki do hodowli komórkowej na potrzeby tego nowego i nieprzetestowanego procesu była wyzwaniem. Jak podano w komunikacie prasowym IISc, przez długi czas komórki drożdży rosły słabo i wytwarzały bardzo mało rekombinowanego białka.

Grupa doszła do wniosku, że samo użycie MSG nie wystarczy i po uzupełnieniu kultury kilkoma innymi związkami ostatecznie odkryła, że ​​etanol załatwił sprawę. Pomogło to komórkom szybciej rosnąć, co zwiększyło ilość wytwarzanego rekombinowanego białka. Etanol jest bezpieczniejszy dla komórek drożdży niż metanol, ponieważ nie wytwarza toksycznych produktów ubocznych.

Zespół przetestował ten proces z domeną wiążącą receptor SARS-CoV-2 i odkrył, że ich nowy system wytwarza dwukrotnie większą ilość antygenu w porównaniu z procesem indukowanym metanolem.

Naukowcy mają nadzieję, że ten nowatorski system ekspresji będzie można wykorzystać do masowej produkcji cennych białek, w tym białek mleka i jaj, suplementów diety dla dzieci i nutraceutyków, poza cząsteczkami terapeutycznymi. Zespół poszukuje także współpracowników z branży, którzy mogliby zwiększyć skalę systemu do masowej produkcji.

Krok w kierunku bezpieczniejszego badania rentgenowskiego w obrazowaniu medycznym

ZESPÓŁ badaczy z Instytutu Zaawansowanych Technologii w Shenzhen (SIAT) Chińskiej Akademii Nauk i Central China Normal University opracował wysokowydajny perowskitowy detektor rentgenowski z komplementarnym metalem-tlenkiem-półprzewodnikiem (CMOS) do obrazowania medycznego. Praca ukazała się niedawno w Komunikacja przyrodnicza.

Badanie rentgenowskie jest niezbędne w diagnostyce i leczeniu chorób układu krążenia oraz nowotworów. Detektory promieniowania rentgenowskiego z bezpośrednią konwersją wykonane z materiałów półprzewodnikowych charakteryzują się lepszą rozdzielczością przestrzenną i czasową przy niższych dawkach promieniowania w porównaniu z detektorami z konwersją pośrednią wykonanymi z materiałów scyntylacyjnych. Jednakże obecnie dostępne materiały półprzewodnikowe, takie jak krzem, amorficzny selen i tellurek kadmu i cynku/telurek kadmu, nie są idealne do ogólnego obrazowania rentgenowskiego ze względu na ich niską skuteczność absorpcji promieniowania rentgenowskiego lub wysokie koszty.

Perowskit jest obiecującą alternatywą dla konwencjonalnych materiałów półprzewodnikowych. Jednak możliwość połączenia go z szybkimi pikselowanymi macierzami CMOS jest nadal nieznana. Aby rozwiązać ten problem, badacze opracowali detektor promieni rentgenowskich z bezpośrednią konwersją wykonany z nieorganicznego bromku cezu i ołowiu o grubości 300 mikrometrów (CsPbBr₃) folia perowskitowa wydrukowana na dedykowanej matrycy pikseli CMOS.

Wyniki eksperymentalnego obrazowania rentgenowskiego 2D wykazały, że proponowany perowskitowy detektor CMOS może osiągnąć bardzo wysoką rozdzielczość przestrzenną (5,0 par linii lub lp/mm; limit sprzętowy wynosi 6,0 lp/mm) i wydajność obrazowania przy niskiej dawce (260 nano szarości) . Co więcej, sprawdzono także obrazowanie CT 3D za pomocą proponowanego detektora przy dużej prędkości odczytu sygnału wynoszącej 300 klatek/s.

„Nasza praca pokazuje potencjał perowskitów halogenkowo-ołowiowych w rewolucjonizowaniu rozwoju najnowocześniejszych detektorów promieniowania rentgenowskiego o znacznie zwiększonej rozdzielczości przestrzennej, szybkości odczytu i skuteczności wykrywania przy niskich dawkach” – powiedział Yongshuai Ge z SIAT. „Toruje drogę do tego, aby w przyszłości zastosowania medycznego obrazowania rentgenowskiego stały się delikatniejsze i bezpieczniejsze”.