Cząsteczki MikroRNA (miRNA) są istotne w wielu procesach biologicznych, są także związane z występowaniem niektórych chorób u ludzi. W pracy proponujemy model uczenia maszynowego, który przewidywać powiązanie cząsteczki o danej sekwencji z chorobą. Pozwala to redukować liczbę eksperymentów w laboratorium biologicznym, które są kosztowne i długotrwałe.

Liczne, wcześniejsze eksperymenty biologiczne zidentyfikowały wiele rodzajów związków między miRNA a chorobami, ale istniejące inne metody obliczeniowe nie są w stanie przewidywać poprawnie takich powiązań dla cząsteczek miRNA. Nasz algorytm wykorzystuje nową architekturę sztucznej sieci neuronowej, opartą na grafach, nazywaną MSHGATMDA. Uwzględniliśmy znane z literatury związki miRNA - choroba dodając pięć grafów, zaś model znajduje podobieństwo do któregoś z tych grafów. Taka architektura, uzupełniona warstwami w pełni połączonymi, pozwala poprawnie przewidzieć wyniki nieznanych związków miRNA - choroba.

Nasz program dla analizy danych z bazy HMDD, zawierającej 5430 ludzkich miRNA, pokazał znaczną poprawę w stosunku do innych metod, uzyskując przy pięciokrotnej walidacji krzyżowej następujące średnie oceny: dokładność 0.8595, precyzję 0.8601, czułość 0.8596 i miarę F1=0.8595. Ponadto uzyskaliśmy wartość AUC ROC wynoszącą 0.934, jest to obecnie wartość przewyższająca wyniki z innych podejść. Dodatkowo potwierdzamy skuteczność MSHGATMDA w przewidywaniu nieznanych chorób poprzez studia przypadków.

Angiogeneza to proces tworzenia nowych naczyń krwionośnych w oparciu o pierwotny splot naczyniowy. Jej przebieg kontrolowany jest przez liczne czynniki stymulujące (pro-angiogenne) oraz hamujące (anty-angiogenne). Zaburzenia gospodarki czynnikami angiogennymi uczestniczą w procesach wzrostu i przerzutowania guzów nowotworowych. Obecnie, badania nad angiogenezą prowadzone są z wykorzystaniem dwuwymiarowych hodowli komórkowych oraz zwierząt. Badania te są niewystarczające. Obiecującą alternatywą wydają się być mikroukłady przepływowe, które umożliwiają analizę mechanizmów regulujących angiogenezę na poziomie molekularnym. Mikroukłady przepływowe potencjalnie  pozwolą na opracowanie nowych, bardziej skutecznych, docelowo spersonalizowanych metod leczenia. W niniejszym przeglądzie podsumowujemy dotychczasowe badania w dziedzinie mikroplatform typu "unaczyniony nowotwór na chipie". Omawiamy techniki waskularyzacji stosowane w mikrofluidyce, przedstawiamy różne podejścia aktywacji "angiogenezy na chipie" oraz opisujemy dotychczasowe próby odtworzenia unaczynionego mikrośrodowiska nowotworowego w warunkach mikroprzepływowych.

Oczyszczalnie ścieków dążą do zwiększenia niezależności energetycznej poprzez intensyfikację produkcji biogazu. Badanie obejmowało Ocenę Cyklu Życia (LCA), porównującą kofermentację (AcD) osadów ściekowych (SS) z organiczną frakcją odpadów komunalnych (OFMSW) w oczyszczalni ścieków z monofermentacją (AD) osadów ściekowych (SS). LCA opierało się na badaniach autorów, które pokazały, że produkcja metanu w stosunku do masy mokrej w kofermentacji była wyższa niż w monofermentacji o 86,4%, 225,8% i 354,3% dla stosunków mieszania SS:OFMSW  odpowiednio 75:25, 50:50 i 25:75.  LCA produkcji 1 kWh energii z biogazu w oczyszczalni ścieków obejmowało dwa podsystemy: produkcję energii (AD/AcD i CHP) oraz zarządzanie odpadami (suszenie, spalanie z odzyskiem energii, składowanie popiołów). Metodologie CML-IA baseline 2013 i Recipe 2016 Midpoint (H) LCIA wskazały wpływ na środowisko w kategoriach: wyczerpywanie abiotyczne - paliwa kopalne (wyczerpanie zasobów kopalinowych), globalne ocieplenie, toksyczność dla ludzi (niekancerogenność), słodkowodne i morskie toksyczności ekotoksykologiczne. AD SS charakteryzowało się największym wpływem we wszystkich kategoriach, który zmniejszał się wraz ze wzrostem zawartości OFMSW. Obie metody wykazały znaczący wpływ AD i AcD na globalne ocieplenie, co wskazuje na potrzebę określenia śladu węglowego (CF) produkcji 1 kWh energii z biogazu (gCO2 kWh−1) w WWTP, przy użyciu GWP100 IPCC 2021 (w tym absorpcję CO2). CF był najwyższy dla produkcji energii z biogazu w SS AD (1509 gCO2 kWh−1) i zmniejszał się wraz ze wzrostem zawartości OFMSW w AcD (872–481 gCO2 kWh−1). Obserwowano to również w zarządzaniu odpadami. CF zmienił się z 1508 gCO2 kWh−1 dla SS AD do 396 gCO2 kWh−1 dla stosunku mieszania SS: OFMSW 25:75 w AcD. Związane z produkcją energii z biogazu i zarządzaniem odpadami obciążenia środowiskowe były równie istotne. Na koniec zaproponowano formułę porównania ekonomicznego i ekologicznego SS AD i AcD SS z OFMSW.

Niniejsza praca dotyczy określenia wpływu zawartości Nb na właściwości mechaniczne, superelastyczność oraz mechanizm deformacji metastabilnych stopów Ti-xNb. Materiał badawczy został wytworzony poprzez mechaniczne stopowanie i konsolidację proszków w procesie prasowania na gorąco. Wytworzone materiały cechowały się drobnoziarnistą mikrostrukturą, złożoną z mikrometrycznych ziaren fazy β-Ti oraz węglików TiC. Przeprowadzone badania wykazały, że w zależności od zawartości Nb, odkształcenie plastyczne jest realizowane poprzez trzy mechanizmy: przemianę martenzytyczną, bliźniakowanie oraz poślizg dyslokacji. Złożoność mechanizmów deformacji aktywowanych w czasie odkształcenia plastycznego prowadziła do nieliniowych zmian granicy plastyczności w zależności od udziału Nb w stopie. Określono, że największą wytrzymałością cechują się stopy, w których dochodzi do przemiany martenzytycznej, natomiast stopy, w których dochodzi do bliźniakowania, cechowały się znacznie niższą wytrzymałością, ale znakomitą plastycznością. Ponadto, stwierdzono rozbieżności z danymi literaturowymi względem dokładnego składu stopu a dominującego mechanizmu odkształcenia. Różnice wynikają z przebiegu procesu technologicznego zastosowanego w niniejszej pracy a metodami stosowanymi przez inne grupy badawcze. W trakcie wytwarzania materiału metodami metalurgii proszków może dochodzić do stabilizacji fazy β ze względu na tendencję do adsorbowania tlenu. Dodatkowo, stwierdzono, że efekt superelastyczny może być związany z tym zjawiskiem, ze względu na stabilizację fazy beta wynikającą z obecności tlenu w roztworze stałym. Głównym wynikiem niniejszej pracy jest wykazanie, że zastosowanie technologii metalurgii proszków pozwala osiągnąć silny efekt superelastyczny dla stopu Ti-14Nb. Podobny poziom może być osiągnięty dla stopów o dużo wyższej zawartości Nb w przypadku zastosowania konwencjonalnych metod wytwarzania stopów. Wyniki przedstawione w niniejszej pracy mogą stanowić podstawę do rozwoju nowych superelastycznych metastabilnych stopów β-Ti, zwłaszcza tych produkowanych z wykorzystaniem nowo opracowanych technologii metalurgii proszków i druku addytywnego.

Zbadano zachowanie stopu Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr podczas odkształcania na gorąco, uzyskanego metodą metalurgii proszków elementarnych. Przeprowadzono testy ściskania na gorąco, aby określić zależności naprężenie-odkształcenie w temperaturach od 800 °C do 1000 °C i przy szybkościach odkształcenia od 0,1 do 20 s−1. Na podstawie zebranych danych opracowano model konstytutywny, wykorzystując równanie typu Arrheniusa, oraz wygenerowano mapę energii aktywacji odkształcenia. Stworzono mapy przetwarzania przy użyciu teorii Dynamicznego Modelu Materiału (DMM) i wyznaczono okno przetwarzania wskazujące optymalne parametry gorącego odkształcania w temperaturach między 900 °C a 1000 °C oraz przy szybkościach odkształcenia 0,1-2,0 s−1. Obserwacje mikrostruktury potwierdziły wyniki analizy DMM, pokazując jednorodną i zrekrystalizowaną mikrostrukturę pod parametrami okna przetwarzania. Proces walcowania na gorąco zaprojektowano przy użyciu modelowania metodą elementów skończonych (FEM) i pomyślnie zweryfikowano w testach laboratoryjnych. Parametry walcowania na gorąco wybrane na podstawie wcześniejszej analizy zaowocowały w pełni skompaktowanym materiałem z kontrolowaną mikrostrukturą. Analizowano zależność między parametrami odkształcania, mikrostrukturą, twardością a właściwościami wytrzymałościowymi stopu Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr po walcowaniu na gorąco. Walcowanie na gorąco przy użyciu opracowanych parametrów termomechanicznych spowodowało znaczny wzrost wytrzymałości na rozciąganie z 757 do 1009 MPa. Ogólnie rzecz biorąc, niniejsze badanie dostarcza wszechstronnej charakterystyki zachowania stopu Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr podczas odkształcania oraz cennych wskazówek do optymalizacji jego parametrów przetwarzania na gorąco.

Badania dotyczące regeneracji komórek mięśnia sercowego wymagają modeli, które wiernie odwzorowują tkankę serca, szczególnie w stanach chorobowych. W naszej pracy przedstawiamy nowoopracowany system Heart-on-a-chip, zintegrowany z matami nanowłóknistymi z poliuretanu, który został wykorzystany do symulowania warunków niedotlenienia. Niedotlenienie (czyli hipoksja) jest kluczowym czynnikiem chorób serca. Niedotlenienie w mikrosystemie zostało uzyskane poprzez zastosowanie specjalnie do tego zaprojektowanych kanałów, przez które prowadzono przepływ azotu nad komorami hodowlanymi z hodowlą komórek serca. W badaniach zastosowano dwie linie komórkowe, ludzkie kardiomiocyty oraz szczurze kardiomioblasty (H9c2), na których analizowano wpływ warunków niedotlenienia na przeżywalność komórek, morfologię oraz poziom ATP. Po 5 i 7 godzinach ekspozycji na hipoksję, komórki H9c2 wykazywały wyraźne obniżenie poziomu ATP. Dodatkowo, zaobserwowano znaczące zmniejszenie ekspresji genów takich jak MAP4K, TNNT2, SERCA i SCN5A. W ramach badań opracowaliśmy  system typu Heart-on-a-Chip umożliwiający jednoczesną hodowlę komórek mięśnia sercowego w warunkach hipoksji i normoksji. Zastosowanie takie systemu może dostarczyć głębszego zrozumienia mechanizmów leżących u podstaw chorób serca, takich jak zawał mięśnia sercowego i niewydolność serca.

Hybrydowe transformatory dystrybucyjne (HDT) zostały zaproponowane jako alternatywa dla konwencjonalnych transformatorów (niskoczęstotliwościowych) oraz transformatorów w pełni półprzewodnikowych, łącząc niezawodność transformatorów niskoczęstotliwościowych (LFT) z dodatkowymi funkcjonalnościami zapewnionymi przez przekształtnik energoelektroniczny. Choć istnieje kilka konfiguracji HDT, te, które łączą przekształtnik energoelektroniczny dołączony szeregowo po stronie pierwotnej LFT i przekształtnik energoelektroniczny dołączony równolegle po stronie wtórnej LFT, poprawią warunki pracy LFT. Niemniej jednak, podczas kompensacji spadków napięcia występujących w sieci elektroenergetycznej  występuje niekorzystna cyrkulacja mocy czynnej (CAPF) między głównym LFT a przekształtnikiem energoelektronicznym, co zwiększa całkowitą moc przepływającą przez LFT, co ostatecznie wpływa na ogólną efektywność energetyczną systemu. Artykuł przedstawia analizę różnych warunków pracy HDT, ich związek z CAPF i wpływ na efektywność HDT. Wprowadzono dwie metody redukcji CAPF oraz omówiono ich zalety i wady. Na koniec zaprezentowano układ sterowania dla HDT, który umożliwia pracę w warunkach symetrycznego  i asymetrycznego zasilania oraz przeprowadzono eksperyment na specjalnie zbudowanym stanowisku badawczym.

Komórki śródbłonka i nabłonka tworzą biologiczne bariery, kontrolujące przepływ substancji między układem krążenia a narządami. Pomiar śródbłonkowej rezystancji elektrycznej (TEER) jest standardową metodą oceny integralności bariery. W pracy przedstawiono nowoczesny system pomiarowy łączący innowacyjne komponenty, dostosowane elektrody oraz intuicyjne oprogramowanie do precyzyjnych pomiarów integralności bariery śródbłonkowej. System został wykorzystany do pomiaru TEER linii komórkowych: RBE-4 (szczurze komórki śródbłonka mikro naczyń mózgowych), PBMEC (pierwotne szczurze komórki śródbłonka mikro naczyń mózgowych), BMEC (szczurze komórki śródbłonka mikro naczyń mózgowych) oraz HIEC-6 (ludzka linia komórkowa nabłonka jelitowego). System zapewnia precyzyjne i stabilne pomiary TEER oraz umożliwia monitorowanie zmian w czasie w kontrolowanych warunkach. Badania wykazały, że urządzenie dostarcza stabilnych wartości pomiarów. Komórki traktowane chlorkiem amonu wykazywały niższe wartości TEER w porównaniu do komórek kontrolnych, co zostało potwierdzone pomiarami przepuszczalności barwnikiem fluoresceinowym i mikroskopią konfokalną. System został zaprojektowany w celu poprawy dokładności i powtarzalności pomiarów TEER. Badania potwierdziły stabilność wyników pomiarów oraz brak znaczącego wpływu zmian pH i temperatury na wyniki. Zastosowanie systemu, umożliwia długotrwałe, czasowe monitorowanie barier komórkowych, dostarczając istotnych informacji o stabilności bariery, przepuszczalności oraz efektach działania substancji farmakologicznych. Opisane urządzenie oferuje wysoką precyzję, czułość oraz efektywność kosztową, stanowiąc alternatywę dla komercyjnie dostępnych systemów pomiarowych TEER. System może być dostosowany do specyficznych potrzeb badawczych, co czyni go wszechstronnym narzędziem w badaniach biologicznych i farmaceutycznych.

Artykuł przedstawia nową foto-biokatalityczną metodę deracemizacji alkoholi II-rzędowych z wykorzystaniem światła widzialnego oraz rekombinowanych dehydrogenaz alkoholowych. W opublikowanej pracy naukowcy naszej Uczelni udowodnili, iż połączenie obu procesów katalitycznych, tj. fotoutleniania racemicznych alkoholi w roztworze 9-fluorenonu w DMSO naświetlanego świałtem niebieskim (440 nm) oraz biotranswodorowania powstających in situ ketonów przy użyciu ww. enzymów, w sekwencyjnej procedurze typu „one-pot”, umożliwia syntezę optycznie czynnych alkoholi z bardzo wysokimi wydajnościami (>90%) oraz nadmiarami enanacjomerycznymi (>99%). Warto dodać, iż nowoopracowana metoda jest skuteczna wobec szerokiego spektrum substratowego, a produkty asymetrycznej foto-biotransformacji stanowią cenne chiralne bloki budulcowe w syntezie wartościowych farmaceutyków.

Ponadto badania nad foto-biokatalitycznymi procesami kaskadowymi doprowadziły do przełomowego odkrycia, a mianowicie nasi naukowcy udowodnili, że rekombinowane komórki E. coli nadprodukujące dehydrogenazy alkoholowe z Rhodococcus ruber (E. coli/ADH-A) oraz Lactobacillus kefir (E. coli/Lk-ADH) wykazują nadspodziewanie wysoką aktywność katalityczną oraz stereoselektywność działania pomimo silnie kwasowego odczynu pH (1.5-2.2) surowej mieszaniny reakcyjnej uzyskiwanej po fotoutlenianiu racemicznych substratów. Racjonalizacja tego dość niespotykanego zjawiska została poparta licznymi eksperymentami walidacyjnymi oraz szczegółową ich analizą, stanowiącą podstawę hipotetycznego mechanizmu powstawania związków siarkowych o potencjalnych właściwościach modulujących wobec ww. enzymów. Wyniki przeprowadzonych badań mogą przyczynić się do zainicjowania nowych zastosowań w chemii bioorganicznej oraz biotechnologii, w tym przede wszystkim odegrać kluczową rolę przy planowaniu stereokontrolowanych syntez enancjomerycznie wzbogaconych związków o wysokiej wartości dodanej otrzymywanych w oparciu o chiralne alkohole.

Witamina E składa się z czterech izoform (α-, β-, γ-, δ-) tokoferoli (T) i tokotrienoli (T3), znanych zbiorczo jako tokole. Są one nie tylko bardzo cennymi składnikami ludzkiej diety, ale tez pełnią istotna rolę w zapewnieniu trwałości olejów roślinnych, działając jako środki przeciwutleniające (antyoksydanty).  Obecnie dostępne metody analityczne oparte na chromatografii cieczowej (LC) w odwróconym układzie faz (RPLC) nie pozwalają na rozróżnienie izoform β- i γ-. Z kolei alternatywne metody oparte na normalnym układzie faz (NPLC) wymagają użycia rozpuszczalników organicznych, co z jednej strony komplikuje późniejszą detekcję analitów za pomocą tandemowej spektrometrii masowej (MS/MS), a z drugiej - nie jest przyjazne dla środowiska. W trakcie badań opracowaliśmy nowatorską metodę analizy wszystkich izoform tokoli w układzie RPLC-MS/MS. Nowa metoda została zweryfikowana i zastosowana do analizy ilościowej kilku olejów, w tym oleju z lnianki siewnej (Camelina sativa) przechowywanego w różnych warunkach.

Artykuł dotyczy podstawowego zagadnienia metrologii (nauki o pomiarach), jakim jest ocena niepewności wyników pomiaru. Zaproponowane jest rozwinięcie meta-modelu pomiaru, opublikowanego przez autora w 2013 roku, umożliwiające ocenę tej niepewności nie tylko w aspekcie ilościowym, ale i jakościowym. Aspekt jakościowy przedstawiony jest w kontekście interpretacji koncepcji fundamentalnej niepewności epistemicznej z punktu widzenia instrumentalizmu naukowego; aspekt ilościowy – w kontekście metodyki oceny niepewności pomiarowej, opartej na porównywaniu dwóch modeli matematycznych narzędzia pomiarowego: modelu podstawowego i modelu rozszerzonego. Metodyka ta zilustrowana jest trzema przykładami o charakterze inżynierskim.

Optymalizacja epitaksjalnej struktury laserów z pionową wnęką rezonansową  VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) jest niezbędna w produkcji bardziej wydajnych przyrządów. Technika spektrometrii masowej jonów wtórnych (SIMS) może dostarczyć istotnych informacji na temat jakości struktury oraz koncentracji i rozkładu domieszek i zanieczyszczeń. Hetero-struktury epitaksjalne VCSEL charakteryzują się stosunkowo dużą grubością (ok 7-8 mikrometrów) i składają się z setek warstw o różnych grubościach od kilku do kilkuset nanometrów i zmieniających się składach chemicznych. W związku z tym, klasyczna technika SIMS jest podatna na różnego rodzaju artefakty, co obniża jakość uzyskiwanych wyników charakteryzacji. W pracy przedstawiono modyfikacje procedur pomiarowych SIMS: wysoki kąt bombardowania zmniejsza efekt mieszania; optymalizacja parametrów ekstrakcji zwiększa stosunek sygnału do szumu z 2.1 do 24.3 dB; polerowanie jonowe i obsługa wiązki utrzymują jakość pomiaru. Dzięki modulacjom energii wiązki jonów profile dla studni kwantowych i barier mają charakter prostokątny, a nie typu gaussowskiego. Surowe dane są wolne od artefaktów i odzwierciedlają realistyczną dystrybucję pierwiastków. Taka dokładność może okazać się nieoceniona dla dalszej optymalizacji wzrostu struktur VCSEL.