Znajdź zawartość

Jak zmierzyć temperaturę wewnątrz komórek, które są tak małe, że na główce szpilki zmieściłoby się ich aż 60 tysięcy? Zastosować nanotermometry w postaci kropek kwantowych. Haw Yang z Princeton University i Liwei Lin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley opowiedzieli o swoich osiągnięciach na konferencji Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego. Zastosowaliśmy nanotermometry. Są to kropki kwantowe, czyli półprzewodnikowe kryształy wystarczająco małe, by dostać się do pojedynczej komórki, gdzie zmieniają barwę pod wpływem zmiany temperatury. Wykorzystaliśmy kropki kwantowe kadmu i selenu, które emitują odpowiadające temperaturze światło o różnym kolorze (fale o różnej długości). Dzięki naszym przyrządom odnotowujemy zmiany barw – wyjaśnia Yang. Naukowcy podkreślają, że o tym, co dzieje się we wnętrzu komórek, wiemy zadziwiająco mało. Tymczasem kiedy ktoś myśli o chemii, temperatura jest jednym z najważniejszych czynników fizycznych, które mogą się zmienić pod wpływem reakcji chemicznej. Panowie postanowili uzupełnić luki w wiedzy i zmierzyć temperaturę życia (i śmierci). Specjaliści od jakiegoś już czasu podejrzewali, że temperatura wewnątrz komórek jest zmienna. Powodów należy upatrywać choćby w przebiegających nieustannie reakcjach biochemicznych. W wyniku części z nich powstają energia i ciepło. Ponieważ niektóre komórki są bardziej aktywne od innych, niezużyta energia jest rozpraszana jako ciepło. Gorętsze bywają także pewne rejony komórek. Yang i Lin wskazują na okolice w pobliżu centrów energetycznych – mitochondriów. Amerykanie zorientowali się, że tak właśnie jest, wprowadzając kropki kwantowe do hodowanych w laboratorium mysich komórek. Między poszczególnymi częściami komórek odkryli różnice rzędu kilku stopni Fahrenheita: niektóre były chłodniejsze, a niektóre cieplejsze od reszty. Na razie pomiary dokonywane za pomocą nanotermometrów nie są na tyle dokładne, by podać konkretne wartości liczbowe. Yang tłumaczy, że zmiany temperatury komórek wpływają na cały organizm, np. na stan zdrowia. Wzrost temperatury wewnątrz komórki może przecież oddziaływać na funkcjonowanie DNA, a więc genów, a także różnego rodzaju białek. Przy zbyt wysokich temperaturach niektóre proteiny ulegają denaturacji. Biolog z Princeton University podejrzewa nawet, że komórki wykorzystują zmiany temperatury do komunikacji.

Rekiny nie umieją odróżniać kolorów – twierdzą australijscy naukowcy z zespołu doktora Nathana Harta z Uniwersytetu Zachodniej Australii. Biolodzy schwytali u wybrzeży Queensland i Australii Zachodniej przedstawicieli 17 gatunków rekinów i za pomocą mikrospektrofotometrii zbadali komórki ich siatkówek. U wszystkich analizowanych gatunków najpowszechniej występującym rodzajem światłoczułych receptorów były pręciki, które odpowiadają za postrzeganie kształtów i ruchów. Umożliwiają one czarno-białe widzenie w warunkach słabego oświetlenia, np. nocą. U 10 na 17 gatunków rekinów w ogóle nie znaleziono czopków pozwalających na postrzeganie barw. U pozostałych 7 odkryto czopki, ale tylko jednego rodzaju. Reagowały na długość fali ok. 530 nm, czyli barwę zieloną. Budowa siatkówki umożliwia więc rekinom różnicowanie odcieni szarości, ale nie innych kolorów. U zwierząt lądowych widzenie monochromatyczne należy do rzadkości; najprawdopodobniej ze względu na stopień złożoności środowiska. Wcześniejsze badania wykazały jednak, że poza rekinami, wrażliwymi na zieleń czopkami dysponują też walenie, delfiny i foki. Wg Harta, da się zapobiec atakom rekinów na ludzi czy przypadkowemu chwytaniu się tych ryb w sieci, zmniejszając kontrast skafandrów do surfingu, desek czy przynęt używanych na trawlerach z tłem. Jednym słowem należy manipulować samym wysyceniem barw, bo wtedy nasze sprzęty i my staniemy się dla rekinów mniej wyraziści.

Jednym z podstawowych ograniczeń aparatury badawczej - czy to mikroskopu, czy ultrasonografu - jest zawsze rozdzielczość. Wynika ona wręcz z praw fizyki, które decydują, że najmniejszy element jaki może być postrzegany ma rozmiar równy długości fali, której używamy do badań. Stąd bierze się znana każdemu niewyraźność obrazu USG: stosowane w nim fale ultradźwiękowe mają długość około jednego milimetra i taka też jest rozdzielczość badania. Inżynierowie z University of California w Berkeley: Jie Zhu i Xiaobo Yin znaleźli sposób na „oszukanie" praw fizyki i zwiększenie rozdzielczości ponad możliwą. W jaki sposób? Dzięki metamateriałom, których niezwykłe właściwości nie raz opisywaliśmy. Pokazowa aparatura przygotowana przez nich pozwoliła osiągnąć rozdzielczość pięćdziesiąt razy większą niż wynikająca z długości użytej fali, a to wcale nie jest kres możliwości, bo można i więcej - byle oczywiście przygotować odpowiedni metamateriał. Urządzenie sporządzone w uniwersyteckich laboratoriach Nano-scale Science & Engineering Center ma postać tysiąca sześciuset pustych w środku, miedzianych rurek upakowanych w sztabkę o długości 16 centymetrów na 6,3 cm na 6,3 cm. Wykorzystane jako dodatkowy odbiornik przy badaniu falą dźwiękową pozwala wyłapywać tłumione fale, które niosą dodatkową informację o badanym obiekcie. Połączenie ich z odbiorem normalnie rozchodzących się, odbijanych i odbieranych fal pozwala na zwiększenie precyzji, zależne tylko od rozmiaru wykorzystanych miedzianych rurek. W przykładowym zastosowaniu wykorzystano falę akustyczną o częstotliwości 2 kHz, co pozwalałoby normalnie na uzyskanie rozdzielczości około 20 centymetrów. Z zastosowaniem metamateriału uzyskana rozdzielczość wynosiła 4 milimetry, czyli 50 razy mniej. W zastosowaniach praktycznych takie urządzenie umieszczałoby się na zakończeniu sondy ultradźwiękowej, uzyskując mniej ziarnisty, a bardziej szczegółowy obraz.

Uczonym z Narodowego Instytutu Standardów i Technologii (NIST) udało się, jako pierwszym w historii, zaprezentować metodę konwersji pojedynczego fotonu wyemitowanego z kwantowej kropki w paśmie 1300 nm (bliska podczerwień) w foton charakterystyczny dla emisji fali o długości 710 nm (światło bliskie widzialnemu). Możliwość zmiany koloru pojedynczego fotonu może być ważnym krokiem na drodze do stworzenia hybrydowych kwantowych systemów obliczeniowych i komunikacyjnych. W przetwarzaniu kwantowej informacji bardzo ważna jest możliwość jej transportu w formie zakodowanej w fotonie oraz przechowywania. Specjaliści dążą do tego, by pojedyncze urządzenie było w stanie przechowywać i kodować kwantową informację. Problem jednak w tym, że dostępne obecnie systemy pamięci kwantowych są w stanie przechowywać fotony ze światła bliskiego światłu widzialnemu, a tymczasem najlepsze wyniki daje transport fotonów z podczerwieni, gdyż takie fale doświadczają najmniejszych strat w światłowodach. To pokazuje, jak ważny jest wynalazek NIST. Pozwala on bowiem na skonstruowanie pojedynczego urządzenia, które będzie pracowało z różnymi fotonami. Specjaliści z NIST dokonali tego łącząc źródło fotonu z wykrywaczem zdolnym do zmiany częstotliwości z niższej (długa fala) na wyższą (krótka fala). Ważnym osiągnięciem jest wykorzystanie tutaj kropki kwantowej, gdyż pozwala ona na emisję pojedynczego fotonu o określonej długości fali (kolorze). Wcześniej naukowcy nie potrafili uzyskać aż tak dużej kontroli nad fotonami. Dodatkową zaletą tej technologii jest konwersja fotonu z podczerwieni do światła niemal widzialnego. Pozwala to bowiem aż 25-krotnie zwiększyć wykrywalność fotonów, gdyż obecnie dostępne detektory dla światła bliskiego widzialnemu są znacznie doskonalsze niż te dla podczerwieni.

Badacze z Laboratorium Energetyki Laserowej Univeristy of Rochester opracowali błonę, która nie przepuszcza gazu, gdy na jej powierzchnię rzutowane jest światło ultrafioletowe, i uwalnia go, kiedy barwa, czyli długość fali, ulega zmianie (w tym przypadku na promieniowanie fioletowe). Wynalazcami pierwszej kontrolowanej w ten sposób membrany są student Eric Glowacki i jego opiekun naukowy Kenneth Marshall. Błonę wykonano z kawałka plastiku, w którym wydrążono otwory. Znajdują się w nich ciekłe kryształy i barwnik. Kiedy na błonę pada fioletowe światło, cząsteczki barwnika prostują się, a kryształy ustawiają się w rzędzie, co zapewnia bezproblemowy przepływ gazu. Po zmianie światła na ultrafioletowe molekuły barwnika wyginają się, przybierając kształt bumerangów czy, jak kto woli, bananów. Kryształy rozchodzą się w przypadkowych kierunkach, blokując gazowi przejście. Glowacki tłumaczy, że kontrolowanie przepuszczalności błony za pomocą światła, a nie temperatury czy elektryczności – dwóch często używanych obecnie metod – jest dużo wygodniejsze. Po pierwsze, można to robić zdalnie. Po drugie, kolor światła padającego na membranę daje się zmieniać bardzo precyzyjnie i właściwie natychmiast. Rozgrzewanie lub chłodzenie wymagają za to czasu, a powtarzanie tych procesów prowadzi niekiedy do uszkodzenia błony. Po trzecie, światło nie doprowadza do zapłonu, co ma niebagatelne znaczenie przy pracy z węglowodorami i innymi palnymi gazami. Po czwarte wreszcie, ilość energii świetnej potrzebnej do "przełączenia" membrany jest minimalna. Choć z pozoru prosta, nowatorska błona powstaje w kilku etapach. Na początku okrągły kawałek plastiku jest bombardowany strumieniem neutronów. W wyniku tego powstają równej wielkości otworki o średnicy ok. 1/100 mm. Następnie plastik zanurza się w roztworze ciekłych kryształów i barwnika, który wypełnia dziurki dzięki zjawiskom kapilarnym. Na końcu membranę umieszcza się w wirówce, by usunąć z powierzchni nadmiar kryształów. Amerykanie mają nadzieję, że w przyszłości ich wynalazek przyda się do dostarczania leków czy kontrolowania procesów przemysłowych. Na razie udało mu się zadebiutować na branżowej konferencji.

Niektóre solaria zachęcają klientów do korzystania ze swoich usług, zapewniając, że opalanie złagodzi objawy depresji sezonowej (zimowej). Uważa się, że jest ona wywołana brakiem światła we wczesnych godzinach rannych. Dochodzi do zakłócenia rytmu wydzielania hormonów, a więc i cyklu snu. Pierwsze objawy pojawiają się jesienią, po zaostrzeniu na okres zimy znikają wiosną, a najpóźniej latem. Dr Jason Rivers z Vancouver's Skin Care Centre i B.C. Cancer Agency uważa jednak, iż łóżka do opalania emitują promieniowanie o nieodpowiedniej długości fali, by wygrać z depresją zimową. Aby poprawić nastrój, trzeba promieniowania widzialnego i intensywnego promieniowania widzialnego. Całą sprawę dodatkowo utrudnia fakt, że opalający się w solarium nakładają specjalne okulary ochronne, nie można więc naświetlać oczu. Na depresję sezonową częściej cierpią kobiety niż mężczyźni. Zamiast korzystać z łóżek do opalania, lepiej odwołać się do fototerapii. Nie bez powodu uznaje się ją za podstawową metodę leczenia depresji sezonowej, nie wywołuje bowiem efektów ubocznych. Naprawdę niewiele osób skarży się na bóle głowy czy zaczerwienienie oczu. Łatwo je wyeliminować, oddalając się od źródła światła i skracając czas naświetlania. Użytkownicy lamp (np. Bright Light, Fotovity) szybko zauważają poprawę nastroju, zazwyczaj następuje ona już po kilku dniach. W odróżnieniu od wyposażenia solariów nie emitują one promieni ultrafioletowych. Fototerapię należy stosować dwa razy dziennie: rano i wczesnym wieczorem (nie później niż na 2 godziny przed położeniem się spać).