Category: наука

Category was added automatically. Read all entries about "наука".

Математика и стволовые клетки

Про стволовые клетки все наслышаны, как и про то, откуда их добывают: например, пуповинная кровь, костный мозг, пульпа молочных зубов, а ещё, оказывается, и зубы мудрости – ценный материал для добычи этих чудо-клеток. Не так давно мир облетела и радостная новость о том, что японцы сумели вырастить из стволовых клеток новые зубы – пока, правда, мышкам. Нам это вряд ли в ближайшее время грозит, и в лучшем случае придется вставлять имплантаты и наводить мосты, а в худшем – приклеивать «корегой» вставные челюсти, но всё же в том, что у клеточных технологий  большое будущее, практически никто не сомневается. Многие уже сейчас подумывают о заготовке стволовых клеток на потом, когда прогресс в этой области сделает возможным выращивание новых органов и для людей. Но сохранение стволовых клеток – актуальная и непростая задача. Легко сказать – заморозить, разморозить, но как это  сделать, чтобы клетки не погибли? Слишком медленное замораживание превратит внеклеточную жидкость в лёд раньше, чем внутриклеточную, что повысит концентрацию солей вне клетки и в стремлении восстановить водно-солевой баланс приведет к её обезвоживанию. Клетка начнет съеживаться:

Слишком быстрое замораживание приведет к образованию кристалликов льда внутри клетки, которые при слишком медленном оттаивании могут сагрегироваться в более крупные, способные клетку повредить.  Кроме того, клетка может и разбухнуть от притока внеклеточной жидкости, если лёд внутри неё начнет образовываться раньше, чем снаружи.

Математика помогает найти золотую середину и вычислить отимальные температурные режимы — так, чтобы выживаемость при заморозке-оттаивании была максимальной. При этом, оказывается, что температура в холодильной камере вовсе не должна падать монотонно по времени, особенно в период образования льда, а делать зигзаг вниз в виде острой «галочки». Предугадать это без вычислений вряд ли возможно.

Вобщем, берегите зубы, друзья! И зубы мудрости в том числе

Нужная ненужная матрица

Герминальная матрица или герминальный матрикс – это то, что отличает мозг недоношенного ребёнка от мозга малыша, родившегося в срок. Этот густо пронизанный кровеносными сосудами малюсенький бугорок — место зарождения специальных нервных клеток, выполнив свою функцию на внутриутробной стадии развития, исчезает к 32-й неделе беременности и потому полностью отсутствует у доношенных детей. Но если ребенок приходит на свет слишком рано, то герминальная матрица в его мозгу ещё не успела исчезнуть, и клубочек её кровеносных сосудов представляет угрозу для жизни малыша.  Опасность в том, что эти микроскопические сосудики незрелы, их стенки не имеют мышечного слоя, и легко могут порваться от колебаний давления, флуктуаций кровяного потока, и других причин. Это может дать старт кровотечению, в результате которого кровь попадет в желудочки головного мозга — произойдет инсульт. Результат – то, что называют церебральным параличом. У таких детей нарушаются движения рук и ног, страдают речь и зрение, иногда интеллект. Церебральный паралич не прогрессирует, но и не лечится, поэтому так важно научиться его предотвращать. Конечно, самое действенное средство – не допускать преждевременных родов. Но если уж они произошли, то как снизить риск развития кровотечения? Как уберечь паутинку сосудов герминальной матрицы от разрывов?

При помощи математических моделей ученые уже на протяжении пары десятилетий пытаются симулировать процессы мозгового кровообращения. И если первые модели были преимущественно камерными, когда каждая разновидность сосудов мозга — капилляры, вены, артерии — моделировались как отдельные, но связанные между собой блоки, то с развитием компьютерных технологий появляется возможность моделировать большие массивы сосудов (а их только в малюсенькой герминальной матрице сотни тысяч) в виде реальных по структуре сетей, информация о которых добывается путем томографических исследований. И появилась надежда, что такое моделирование позволит лучше понять причины кровотечений, определить неопасные пределы колебаний кровяного давления и потока крови и научиться их на этом неопасном уровне поддерживать.

Нобелевки бы не пожалела

Физико-химический эффект, конечно, известный – выделение тепла при окислении железа, фактически ускоренное ржавление, но как оригинально и с какой благородной целью использовано! Этот согревающий пластырь может быть разной формы, например, такой

В бугорках спрятан железный порошок, который при освобождении из вакуумной упаковки вступает в контакт с кислородом воздуха и начинает окисляться. Для ускорения реакции в качестве катализатора добавлен активированный уголь, а немного соли и воды образуют электролитную среду, необходимую для движения электронов атомов железа к атомам кислорода. Прошу прощения у химиков, которые здесь, конечно есть, за столь упрощённое объяснение сложной химической реакции,  рассчитанной так, что нагревание происходит до 40 градусов, и достигнутая температура держится около 8 часов. Больное место — например, спазмированные мышцы, испытывают при этом приятное расслабляющее тепло.

Вы скажете, что можно приложить обычную грелку, или даже электрическую, — тоже физика с электротехникой в конце концов.  Можно, конечно, но меня почему-то вышеописанная «химия и жизнь» восхищает своими нетривиальностью и удобством. Ну, и расковыряла я его (после использования, конечно), чтоб убедиться в подлинности описания. Как есть, без обмана — ржавая железная крошка внутри.) Упаковку не показываю – потому как не реклама это, а гимн людскому знанию.)

А у вас есть любимые номинанты на премию во благо человечества?

Ветер-ветер, ты могуч

Ветер часто непредсказуем, трудноизмерим — тем и опасен. Для взлетающих и садящихся самолётов в особенности. Пилоты нередко прекращают посадку и заходят на второй круг, если ветровые возмущения выходят за пределы дозволенных. В лондонском аэропорту Хитроу, например, в 2010 году зафиксировано полтысячи уходов на второй круг. Вот так в декабре 2014 года из-за сильного ветра не удалась первая попытка  посадки — ей был сделан «аборт»:

Крайне опасным ветром считается так называемый микровзрыв – когда ниспадающий воздушный поток ударяется о поверхность земли и растекается с образованием вихрей. Примерно вот так

Стрелочки показывают направление скорости ветра. Здесь возникают  коварные вертикальные составляющие ветра, заставляющие траекторию самолёта проседать вниз.

При небольшой высоте это может привести к катастрофе.  Микровзры ветра часто случается, например, в грозу. Но если иметь математическую модель такого опасного ветра, то можно встроить её в авиатренажёр для пилотов и заставлять их упражняться в этих нетривиальных условиях.

А если посмотреть на проблему шире и попытаться построить модель наихудшего ветра – ветра-противника, ветра с интеллектом, который всегда играет против пилота, то можно обучать лётчиков управлять самолётом в условиях таких наихудших ветровых помех.

Ну, и совсем хорошо было бы разработать автопилоты, способные справляться  с наихудшими ветровыми возмущениями. Наука, решающая подобные задачи, имеет немного ветреное название – дифференциальные игры, но на самом деле она совершенно серьёзна и глубока, поскольку способна вмешиваться в споры человека с природой.

Крепись, геолог!

Сегодня день геолога. Поздравляем дядю Федю с главным для него праздником!

В честь этого дня помещаю его статьи, опубликованные три года назад.

Fedor4

Fedor5
Fedor6
bratja

2008-ой, високосный




Январь. Накануне Мишиного отъезда домой забрались с ним на колокольню церкви Святого Петра, откуда замечательный вид на Мюнхен.

*

Для тех, кто еще не видел: подробный дневник Мишиных каникул.

В разгар февраля зацвели крокусы.

*














"Пусть в перечне побед недостает чего-то, нам не к лицу о том, дружище мой тужить, ведь первая печаль с названием Работа останется при нас оставшуюся жизнь... " (Ю.Визбор) *

*По традиции 8 Марта отмечаем в Екатеринбурге с Леной и Витей Костоусовыми. Пожалуй, самое приятное воспоминание года о том, как вместе с нами пела мама.



*Апрель: божьи

коровки прилетели!

*Май выдался теплым и щедрым на краски,*

а июнь - самым богатым на события: мы съездили на конференции в Москву и Петербург. *












Вид на новую библиотеку МГУ с 22-го этажа - зрелище необычайной красоты.*

С С. М. и М.С. Никольскими. *

Очень интересна книга академика С.М.Никольского "Мои воспоминания", которая еще недавно была доступна в Интернете. Но пока есть другой интересный сайт (ссылка здесь), посвященный столетию ученого. Сайту уже три года, а Сергею Михайловичу тем временем исполнилось 103!

*Кинотеатр "Прогресс" стал театром Джигарханяна, машины значительно удлинились,

*






















и вот-вот отстроят московский "сити".



*


































В Донском монастыре нет суеты.



Вся прелесть Петербурга в зарисовках художников. *


*Прогулка, как в одноименном фильме.


*















От писем - к встрече: Николай Боткин младший с женой Сашей, дочкой Машенькой и сыном Егоркой.






Здесь можно послушать замечательную песенку в Машином исполнении


*


















Конференция проходила на Васильевском острове в отреставрованном здании с дворцовыми интерьерами, напичканном современной техникой.

*








Главное событие конференции - доклад нобелевского лауреата Джона Нэша.









Здесь можно послушать кусочек лекции.





Состоялись и встречи со старыми друзьями (здесь интервью с Сергеем Тереховым).


**В июле нас посетил Сергей Ворошилин. Были велосипедные прогулки, состязания в минигольфе, горы, пиво...





*


































В августе Екатеринбург зелен и блистает клумбами. Улица Уральская теперь проспект!













Запомнилась прогулка с папой - первая после его операции.






Сентябрь ознаменовался поездкой в предгорья Альп в компании с Тоней и Колей Белецкими.*

Много ходили по живописным местам, совмещая это с разговорами и пением *

*

В октябре были неспешные прогулки по осеннему парку

*





















В ноябре мы простились с нашей машиной: поменяли "кореянку" на "японку", которую мы еще не успели обмыть и потому пока не засняли.











*







В декабре было долгое ожидание снега, завершившееся поездкой в Альпы

*



















Последний день года выдался ясным и солнечным, все водоемы замерзли, и народ достал коньки, клюшки, шайбы. Кататься по льду, одновременно наблюдая подводный мир, - ощущение удивительное !

*