8 декабря 2016, четверг

Светодиоды, GPS-клетки, наномикроскоп. За что вручили Нобелей в естественных науках

комментировать
Джон О'Киф (слева сверху), Штефан Хелль (слева снизу) и Сюдзи Накамура

Джон О'Киф (слева сверху), Штефан Хелль (слева снизу) и Сюдзи Накамура

За первые три дня нобелевской недели объявлены лауреаты премии в естественных науках - физиологии, физике и химии

НВ предлагает подробнее ознакомиться с трудами, за которые были вознаграждены ученые

Физиология и медицина

Джон О’Киф, Мэй-Бритт и Эдвардом Моузеры, "за открытие клеток, которые составляют позиционную систему в головном мозге".

Получивший половину премии американец, уехавший работать в Британию, Джон О`Киф, еще в 1971 году открыл своеобразный "gps-механизм" в человеческом организме - нейроны места. Эти нервные клетки в гиппокампе были активны только в моменты пребывания в определенном месте. На основе этого ученый сделал вывод, что мозг рисует внутренюю схему окружающего пространства для дальнейшей ориентации.


Гиппокамп в мозге человека

Гиппокамп в мозге человека


Ута Фрит, коллега О'Кифа в Университетском колледже Лондона отметила, что благодаря его работам "возможно буквально начертить карту мозга... Он открыл когнитивные механизмы, которые поясняют, как люди и другие животные передвигаются".

Его ученики, норвежская пара Моузеров продолжила эксперименты О'Кифа около 10 лет назад. Они намеренно повредили в мозгу крысы отвечающий за ориентацию в пространстве гиппокамп. Тем не менее, животное не потеряло способность находить путь. Тогда они выяснили, что в энторинальной коре нервные клетки активируются в зависимости от нахождения в разных точках. В отличие от обнаруженых американских коллегой нейронов места этих клетов было множество - но они были организованы в шестиугольную двухмерную решетку, поэтому были названы grid cells ("решеточные клетки", на русский язык устойчивого перевода еще нет), отмечает Образовач.


ВИДЕО


"В целом, используя их открытия, к настоящему времени описаны, хотя и не полностью, принципы ориентации животных и человека в окружающей среде. Полученные ими данные о механизмах работы мозга полностью относятся именно к фундаментальной науке, но описанные ими принципы кодирования информации, используемые мозгом, могут быть использованы и при создании нейрокомпьютеров, и при коррекции патологии движений у человека", - прокомментировал ПостНауке доктор биологических наук, академик РАН Павел Балабан.

Физика

Исаму Акасаки, Хироси Амано, Сюдзи Накамура "за изобретение синих диодов, которые сделали возможным создание ярких и энергосберегающих источников белого света".

Эти ученые стали первыми, кто сумел решить проблему твердотельных источников синего света, над которой долгое время бились физики. К тому времени диоды зеленого и красного света уже были получены - но для белого не хватало синего диода, так как белый свет получается смешением трех основных. Кроме того, синий свет позволяет получить любой другой, поскольку обладает наиболее короткой волной.


Накамура показывает синий диод

Накамура показывает синий диод


Японские ученые использовали нитрид галлия (GaN) для создания синего диода. Прежде физики пробовали карбид кремния и фосфид галлия, однако полученные светодиоды оказывались неэффективными. Применяя особый способ подготовки материала - выращивание нитрида галлия на подложке из алюминия - они смогли получить структуру с четкой ориентацией для создания сверхъяркого светодиода, который сейчас повсеместно используется в технике. На синих диодах среди прочего основана технология Blu-Ray, многократно увеличившая вместимость дисков.

"У светодиода эффективность преобразования электричества в свет намного выше, чем у других источников, то есть у ламп накаливания и люминесцентных ламп. Поэтому, используя эту технологию, можно тратить намного меньше энергии. Пока с точки зрения коммерческого успеха такие источники являются достаточно дорогими, они на порядок выше ценой, чем обычная лампа. Но их стоимость каждый год снижется, и, по всей видимости, это станет коммерчески оправданным решением проблемы энергосбережения", - пояснил доктор физико-математических наук Дмитрий Паращук.

Химия

Эрик Бетциг, Штефан Хелль и Уильям Морнер за разработку "флюоресцентной микроскопии высокого разрешения".

Высокоточные микроскопические изображения имеют разрешение выше дифракционного предела света - минимального размера пятна сфокусированного света. Техники для их получения включают как методы для "снимков" групп светящихся молекул, так и способы получить картины флюоресценции отдельных молекул, что очень сложно получить в электронной микроскопии.

Наиболее известным из трио ученых является немец Хелл, который в конце 90-х разработал метод для сверхчетких картинок STED - STimulated Emission Depletion microscopy. Бетциг пошел другим путем, основанным на обнаружении единичных молекул и их картировании. Мернер же стал первым, кто визуализировал отдельные молекулы флуорофора.

Эти разработки дали ученым новые преимущества в микроскопии сверхвысокого разрешения - возможность оперировать с живыми клетками и помечать требуемые молекулы флюоресцентными красителями и белками. Технология STED - включает два лазера. Первый, возбуждающий, светит в центр, тогда как вокруг него по кругу размещен гасящий лазер. Последний тушит все, кроме малого пятна света, которое может быть на уровне наноразмеров. С помощью такой технологии возможно исследовать тончайшие структуры, поэтому ее назвали наноскопией.


Съемка флюоресцирующих клеток / unс.edu

Съемка флюоресцирующих клеток / unс.edu


Обнаружение одиночных молекул основан на флюоресценции. После обнаружения свечения одной молекулы с помощью компьютера метится определенное положение источника света, после чего проходит фотосъемка множества молекул. Изображение впоследствии собираются в одну картинку сверхвысокой четкости - для этого снимают сотни тысяч или даже миллионы молекул. 

"За один раз вы сфотографируете, например, 100 молекул, потом вы их уничтожаете, они фотоотбелятся, поскольку они сгорают в ярком свете. После этого вы фотографируете следующие 100 молекул, потом следующие, пока не накопите достаточное количество молекул, чтобы получилось хорошее изображение. Этот тип микроскопии иногда называется "пуантилизмом" по аналогии с художниками, которые рисовали точечками", - описал процесс доктор биологических наук Константин Лукьянов.

Новое Время

Комментарии

1000

Правила комментирования
Показать больше комментариев

Последние новости

ТОП-3 блога

Фото

ВИДЕО

Читайте на НВ style

Статьи ТОП-10

Подписка на новости
     
Погода
Погода в Киеве

влажность:

давление:

ветер: