Znajdź zawartość
Wyświetlanie wyników dla tagów 'powłoka' .
Znaleziono 17 wyników
-
Jajka, które w innym razie zostałyby wyrzucone, można wykorzystać jako podstawę taniej powłoki ochronnej do owoców i warzyw. Jak podkreślają naukowcy z Rice University, cienka powłoka rozwiązuje sporo problemów producentów, konsumentów i środowiska. Autorzy artykułu z pisma Advanced Materials wyliczają, że roczna produkcja jaj w USA przekracza 7 mld; producenci odrzucają 3% z nich, dlatego ponad 200 mln trafia ostatecznie na wysypiska. Ograniczanie niedoborów żywności bez uciekania się do modyfikacji genetycznych, niejadalnych powłok lub dodatków chemicznych jest ważne dla ekologicznego stylu życia - podkreśla Pulickel Ajayan. Jajeczna warstwa jest jadalna, opóźnia utratę wody, zapewnia ochronę antydrobnoustrojową i jest w dużej mierze nieprzenikalna dla pary wodnej i gazów (zapobiega to przedwczesnemu dojrzewaniu). Powłokę bazującą na naturalnych składnikach można spłukać wodą. Jeśli ktoś wykazuje nadwrażliwość na składniki powłoki albo ma alergię na jaja, może z łatwością wyeliminować warstwę - opowiada Seohui Jung. Białko (albuminy) i żółtko jaja stanowią blisko 70% powłoki. Reszta to głównie nanomateriały celulozowe, które stanowią barierę dla wody i zapobiegają wysychaniu, a także odrobina antydrobnoustrojowej kurkuminy oraz gliceryny dla elastyczności. Białko, które jest złożone przede wszystkim z albumin (~54%), pozwala uzyskać wytrzymałą, jadalną warstwę. Poli(albumina) jest jednak łamliwa, stąd dodatek gliceryny, która ma pomóc w powlekaniu bez pęknięć obiektów o nieregularnych kształtach, czyli np. owoców i warzyw. Gliceryna jest jednak hydrofilowa i pęcznieje w wilgotnych środowiskach. Mając to na uwadze, Amerykanie pomyśleli o zastosowaniu niewielkiej ilości bogatego w kwasy tłuszczowe hydrofobowego żółtka. Kurkumina ma z kolei właściwości antybakteryjne, przeciwgrzybiczne i zapobiega tworzeniu biofilmów. Nanokryształy celulozy (CNCs) obniżają przepuszczalność powłoki dla wody i gazów i zapewniają mechaniczne wzmocnienie. Testy laboratoryjne powlekanych truskawek, awokado, bananów i innych owoców wykazały, że zachowywały one świeżość o wiele dłużej niż owoce kontrolne. Testy ściskania zademonstrowały, że powleczone owoce są znacząco sztywniejsze i twardsze. Stwierdzono także, że powłoka zatrzymuje wodę w środku, spowalniając dojrzewanie. Analiza samodzielnych filmów wykazała, że są one niezwykle elastyczne i odporne na pękanie. Dalsze testy zademonstrowały, że powłoka jest nietoksyczna (stosowano hodowle in vitro komórek ludzkiej linii komórkowej Panc02 z różnymi stężeniami powłoki). Na podstawie testów rozpuszczalności stwierdzono, że zmywaniu ulega nawet grubsza niż zwykle powłoka (o grubości 100 µm, w porównaniu do zwykłej grubości 23–33 µm). Płukanie wodą przez kilka minut prowadzi do całkowitego jej rozłożenia - zaznacza Ajayan. Badacze dopracowują skład powłoki i rozważają inne materiały źródłowe. Wybraliśmy białka jaj, ponieważ marnuje się bardzo dużo jaj, ale to nie oznacza, że nie można wykorzystać czegoś innego - wyjaśnia Muhammad Rahman. Jung dodaje, że zespół testuje białka, które można wyekstrahować z roślin. « powrót do artykułu -
Płynne perły to spełnienie marzeń pewnego szefa kuchni, przedstawiciela gastronomii molekularnej, który chcąc zamknąć smaki w osobnych przedziałach, poprosił o pomoc fizyków. Odpowiadając na jego zapotrzebowanie, naukowcy stworzyli pokryte elastyczną błoną hydrożelową kapsułki z płynnym rdzeniem. Co ważne, pomysł ten przyda się nie tylko w kuchni, ale i podczas leczenia nowotworów. Nicholas Bremond i jego zespół z ESPCI ParisTech porównują swoje dzieło do rybiej ikry. Na początku kroplę cieczy powleka się cienką warstwą kwasu alginowego (wchodzi on w skład ścian komórkowych wielu alg i trawy morskiej), która ulega zżelowaniu po zanurzeniu w kąpieli z roztworu chlorku wapnia z dodatkiem detergentu. Błonka jest bardzo cienka - jej grubość mierzy się w mikrometrach. Francuzi podkreślają, że by powstał film, przed zżelowaniem należy wyeliminować mieszanie. Bez detergentu powłoka także miałaby postać żelu, ale szybko zlałaby się z zawartością kapsułki. Substancja powierzchniowo czynna prowadzi do czasowego utwardzenia, które ogranicza niestabilność związaną ze ścinaniem podczas zderzenia. Bremond i inni uważają, że w hydrożelowej powłoce da się zamknąć dowolną ciecz. Dzięki temu prostemu zabiegowi można by badać wzrost i zdolność przeżycia mikroorganizmów czy komórek nowotworowych w różnych trójwymiarowych środowiskach. Ponieważ błona jest przepuszczalna, do wnętrza dostarczano by np. leki.
-
W Lawrence Berkeley National Laboratory stworzono półprzewodnikowy nanokryształ, który może kontrolować ilość przepuszczanego ciepła słonecznego i jest przy tym przezroczysty. Przełomowa technologia, która znajdzie zastosowanie w budynkach, jest pierwszą, która umożliwia selektywną kontrolę promieniowania w bliskiej podczerwieni. Wyprodukowanie przezroczystego materiału elektrochromatycznego, który pozwala na zmianę przepuszczalności w podczerwieni to bezprecedensowe osiągnięcie - mówi Delia Milliron, która kierowała zespołem naukowym. Dodatkową zaletą jest fakt, że do zmiany zabarwienia materiału wymagana jest znacznie mniejsza ilość energii niż w podobnych tego typu rozwiązaniach. Odpowiednie dynamiczne pokrycie dla okien w budynku może oznaczać kolosalne oszczędności w eksploatacji. O tym, ile energii jest zużywane przez budynki niech świadczy fakt, że jej wykorzystanie przyczynia się do ponad 40% amerykańskiej emisji związkow węgla. Tymczasem, jak wynika z badań National Renewable Energy Laboratory, odpowiednie pokrycia dla okien mogą pozwolić na obniżenie kosztów klimatyzacji o 49%, a kosztów oświetlenia o 51%. Tradycyjne okna elektrochromowe nie potrafią selektywnie kontrolować ilości światła widzialnego i w bliskiej podczerwieni. Pozwalają one albo blokować obie częstotliwości albo obie przepuszczać. Nasze prace to przełom, gdyż dzięki nim możemy wybrać, które częstotliwości chcemy przepuszczać i w ten sposób decydować o temperaturze wewnątrz budynku - mówi Guillermo Garcia, jeden z badaczy. Do wyprodukowania nowego pokrycia wykorzystano tlenek indowo-cynowy, używany standardowo podczas produkcji telewizorów.
-
Pokrycie implantów stawów kolanowych rodnikami sprawia, że są one przez organizm postrzegane jako ciała w mniejszym stopniu obce. Zmniejsza to ryzyko odrzucenia protez przez organizm. Prof. Marcela Bilek z Uniwersytetu w Sydney sądzi, że wolne rodniki tworzą wokół powierzchni implantu coś w rodzaju czapki niewidki. Australijczycy wyjaśniają, że implanty stawów kolanowych czy biodrowych, stenty itp. z definicji wymagają kontaktu struktur biologicznych z metalem czy plastikiem. Kiedy jednak białka stykają się ze sztucznymi powierzchniami, ulegają denaturacji i zatracają swoją konformację przestrzenną, która jest im niezbędna do prawidłowego funkcjonowania. Organizm próbuje je naprawiać, a gdy się to nie udaje, wskutek nadmiernego włóknienia implant zostaje otoczony grubą warstwą tkanki bliznowatej. Naukowcy z antypodów wyszli z założenia, że potrzebne są silnie wiążące (się) powierzchnie, które nie wywołują denaturacji kompatybilnego białka. Tradycyjne powierzchnie hydrofilne spełniają jeden z tych warunków - nie prowadzą do denaturacji unieruchomionych protein - ale niestety, wykazują do nich niskie powinowactwo. Po przejrzeniu literatury przedmiotu i wygenerowaniu własnych hipotez zespół Bilek przetestował więc metodę wykorzystującą naczynie z plazmą i strumienie jonów. Dzięki niej uzyskano powierzchnię hydrofilną, zdolną do wiązania kowalencyjnego z czynnymi biologicznie cząsteczkami. Podczas eksperymentów okazało się bowiem, że siły elektrostatyczne powodują, iż jony w plazmie uderzają w powierzchnię materiału, np. metalu, i zaczynają go penetrować, prowadząc do powstania rodników z niesparowanymi elektronami. Po wyjęciu powierzchni z plazmy rodniki migrują na powierzchnię, gdzie reagują z tlenem z powietrza. Wskutek tego materiał staje się hydrofilny i przyciąga białka, które są normalnie złożone w taki sposób, że część wykazująca powinowactwo do wody znajduje się na zewnątrz. Z czasem coraz więcej rodników migruje na powierzchnię, dzięki czemu między nimi a białkami mogą powstać wiązania kowalencyjne. Australijczycy udowodnili, że czas utworzenia monowarstwy kowalencyjnie związanych białek zależy od kinetyki, a także liczby cząsteczek protein w roztworze oraz wolnych rodników w rezerwuarze pod powierzchnią badanego materiału. Jako że magazyn rodników można wytworzyć w każdym ciele stałym, metoda zespołu Bilek sprawdzi się w odniesieniu do różnego rodzaju urządzeń biomedycznych, od stentów po płucoserca. Warto też wspomnieć o ich potencjale w zakresie wykrywania patogenów. W tego rodzaju czujnikach rodniki zapobiegałyby odkształceniu białek stosowanych do detekcji szkodliwych bakterii czy wirusów. Powłoka zostanie też zapewne wdrożona w mikromacierzach ułatwiających leczenie wczesnych etapów chorób. Bilek tłumaczy, że jako część powłoki wolne rodniki pozostają związane i nie mogą poczynić szkód w DNA komórek. Obecnie trwają prace nad białkami do tworzonych powłok, które "zachęcałyby" tkanki do integrowania ze sztucznymi powierzchniami.
-
Utrata białkowej czapki niewidki prowadzi do niepłodności
KopalniaWiedzy.pl dodał temat w dziale Zdrowie i uroda
Utrata powłoki białkowej plemników tłumaczy znaczny odsetek przypadków męskiej niepłodności – donoszą naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis. W artykule opublikowanym na łamach pisma Science Translational Medicine białko DEFB126 jest porównywane do czapki niewidki, ukrywającej plemniki przed kobiecym układem odpornościowym. Zespół prof. Gary'ego Cherra odkrył, że u wielu mężczyzn występuje wadliwy gen białka DEFB126. Badanie próbek z USA, Wielkiej Brytanii i Chin ujawniło, że aż ¼ panów z całego świata ma 2 kopie zmutowanego genu, co może w znacznym stopniu upośledzić ich płodność. Jedną z tajemnic ludzkiej płodności jest fakt, że jakość i liczba plemników wydają się mieć niewiele wspólnego z tym, czy mężczyzna jest płodny, czy nie – podkreśla główny autor raportu Ted Tollner. Cherr dodaje, że u 70% mężczyzn nie można przewidzieć płodności na podstawie zliczania plemników i rutynowej oceny ich jakości. Studium Amerykanów rzuca jednak nieco światła na mechanizmy, które wchodzą w grę w tych przypadkach. Urolog John Gould ma nadzieję, że odkrycia zespołu uda się przełożyć na test, którego wyniki byłyby podstawą do skierowania par na docytoplazmatyczną mikroiniekcję plemnika (ang. intracytoplasmic sperm injection, ICSI). DEFB126 należy do grupy białek zwanych defensynami. Chronią one błony śluzowe i występują w komórkach żernych kręgowców, aktywnych wobec grzybów, bakterii i wirusów osłonkowych. DEFB126 powstaje w najądrzach, których zadanie polega na odprowadzaniu z jądra i magazynowaniu nasienia. Tam odbywa się powlekanie plemników grubą warstwą proteiny. Ponieważ Tollner i Cherr pracowali nad szczepionką antykoncepcyjną, próbowali uzyskać przeciwciała przeciw DEFB126, ale im się nie udało. Poprosili więc o pomoc Charlesa Bevinsa, który w celu uzyskania oczyszczonego białka przeprowadził rekombinację. Przy pierwszej próbie okazało się, że gen DEFB126 był zmutowany, przez co nie mogło dojść do ekspresji białka. Kiedy naukowcy wykorzystali plemniki od innego dawcy, byli w stanie uzyskać prawidłowe białko. Plemniki od mężczyzn z wadliwym genem DEFB126 są ruchliwe i wyglądają normalnie pod mikroskopem, jednak o wiele gorzej radzą sobie z pokonaniem bariery sztucznego żelu, przypominającego śluz szyjki macicy. Gdy do spermy doda się normalnego białka, odzyskuje ona swoje zwykłe zdolności. Dzięki współpracy z Edwardem Holloksem z University of Leicester, Xipingiem Xu z University of Illinois oraz Scottem Vennersem z kanadyjskiego Uniwersytetu Simona Frasera naukowcy byli w stanie ustalić, jak często wadliwa kopia genu osłonki plemników występuje w USA, Wielkiej Brytanii, Chinach, Japonii i Afryce. Odnosząc te dane do świata, wyliczyli, że ok. ½ mężczyzn to nosiciele jednej wadliwej kopii, a ¼ ma aż dwie zmutowane kopie genu DEFB126, co znacznie utrudnia plemnikom pokonanie etapu szyjki macicy. Czemu mutacja wpływająca na płodność jest tak powszechna? Być może dlatego, że heterozygoty (mężczyźni z jedną prawidłową i jedną zmutowaną wersją genu) są w jakiś sposób uprzywilejowani biologicznie. Tollner przypomina, że w porównaniu do plemników małp i innych ssaków, plemniki ludzkie mają przeważnie kiepską jakość, wolno pływają, a w sporej części występują jakieś wady. Niewykluczone, że dzieje się tak, ponieważ ludzie pozostają w długoterminowych związkach monogamicznych, stąd jakość spermy nie liczy się aż tak bardzo. Część badaczy uważa jednak, że ostatnimi czasy z nieznanych powodów jakość ludzkiej spermy systematycznie się pogarsza, ujawniając problemy związane z defektami genu DEFB126. -
Naukowcy z niemieckiego Biomimetics-Innovation-Centre (B-I-C) na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Bremie opracowali zapobiegającą porastaniu powłokę kadłuba statków, zainspirowaną budową unoszących się na wodzie nasion palmy Dypsis rivularis. D. rivularis należy do rodziny arekowatych. Występuje wyłącznie na Madagaskarze. Z powodu utraty habitatów gatunkowi zagraża wyginięcie. Te palmy mają nasiona roznoszone przez prądy morskie. Jako że dla nasion korzystne jest niedopuszczanie do porastania, ponieważ pozwala im to przebyć dłuższą drogę, założyliśmy, że dysponują specjalnymi powierzchniami, które moglibyśmy odtworzyć – tłumaczy dr Katrin Mühlenbruch. Przez 3 miesiące Niemcy spławiali na Morzu Północnym nasiona 50 gatunków. Okazało się, że w przypadku 12 nie odnotowano żadnego porastania. Potem zaczęliśmy badać mikrostrukturę powierzchni tych nasion […]. Ostatecznie zdecydowaliśmy się naśladować nasiona, które miały włoskopodobną budowę. Taka struktura może być szczególnie skuteczna przy zapobieganiu porastaniu, ponieważ włókna stale się ruszają, utrudniając organizmom morskim znalezienie miejsca do osiedlenia. Zespół Mühlenbruch wykorzystał silikonową bazę, na której utworzono powierzchnię z włóknami. Obecnie nowa powierzchnia przechodzi testy na morzu. Wyniki są zachęcające. Rozwiązanie naśladujące naturę na pewno spodoba się ekologom i aramatorom. Ci pierwsi ucieszą się z wyeliminowania toksycznych farb, które zabijając potencjalnych mieszkańców kadłuba, nie dopuszczały do jego porastania. Drugich powinny zadowolić wymierne korzyści w postaci oszczędzonego paliwa.
-
Wynikiem zbyt wysokiego poziomu glukozy we krwi mogą być nie tylko retinopatia czy nefropatia cukrzycowa. Badacze z Warwick Medical School odkryli, że w organizmie chorego tworzy się coś w rodzaju powłoki cukrowej, która blokuje mechanizmy wykorzystywane przez układ odpornościowy do wykrywania oraz zwalczania zarówno infekcji bakteryjnych, jak i grzybiczych. W przebiegu cukrzycy pacjenci są bardziej narażeni na przewlekłe zakażenia grzybami i bakteriami, lecz dotąd nie bardzo wiedziano, czemu się tak dzieje. Teraz zespół Daniela Mitchella ustalił, że wyspecjalizowane receptory, które rozpoznają cząsteczki związane z bakteriami i grzybami, stają się przy wysokich stężeniach glukozy "ślepe". Akademicy sądzą, że dzięki ich odkryciom uda się również wyjaśnić, czemu diabetycy są w większym stopniu niż reszta społeczeństwa zagrożeni infekcjami wirusowymi, w tym grypą, i chorobami o podłożu zapalnym, np. chorobami sercowo-naczyniowymi. Brytyjczycy analizowali podobieństwa w budowie chemicznej glukozy z krwi i innych płynów ustrojowych oraz dwóch innych cukrów – mannozy i fruktozy – występujących na powierzchni bakterii oraz grzybów. W ludzkim organizmie wyewoluowały receptory, które wykrywają i wiążą te monosacharydy, by zwalczyć zakażenie (zjawisko to stanowi część tzw. lektynowej drogi aktywacji układu dopełniacza, czyli zespołu białek osocza spełniającego ważną rolę w nieswoistej odpowiedzi immunologicznej). Przy wysokich stężeniach glukoza wygrywa rywalizację z mannozą i fruktozą, dlatego receptory nie wykrywają patogenów. Poza tym glukoza ulega takiemu związaniu, że blokuje procesy chemiczne, które w zwykłych okolicznościach pozwalają organizmowi bronić się przed obcymi. Oto kilka przykładów. Zasygnalizowane zjawisko hamuje m.in. działanie systemu receptorów zwanych lektynami typu C, np. lektyny wiążącej mannozę (ang. mannose binding lectin, MBL). Lektyny typu C są receptorami rozpoznającymi wzorce (PRR, pattern recognition receptors), wiążącymi sekwencje wodorowęglanowe pochodzenia drobnoustrojowego. W odróżnieniu od glukozy, mannoza nie występuje we krwi ssaków w stanie wolnym. Gdy MBL nie działa prawidłowo, organizm staje się bardziej narażony na przewlekłe choroby zapalne. Dzieje się tak, ponieważ MBL bierze udział usuwaniu komórek apoptycznych, czyli popełniających planowe samobójstwo. Poza MBL, wysokie stężenie glukozy oddziałuje na będące lektynami typu C receptory specyficzne dla komórek dendrytycznych DC-SIGN, które rozpoznają mannozę, ale i obecne na neutrofilach glikany. Receptory tego typu występują w kluczowych elementach układu krwionośnego, np. w osoczu, monocytach, płytkach czy komórkach śródbłonka, dlatego zablokowanie działania tych cząsteczek może się przyczyniać do cukrzycowych powikłań obejmujących siatkówkę i naczynia.
-
W Szpitalu Dziecięcym Alder Hey w Liverpoolu zabawki pokrywa się szkłem wodnym. Podczas testów terenowych udowodniono, że ma ono właściwości antybakteryjne. Dotąd poważnie chorym maluchom nie pozwalano bawić się szpitalnymi klockami czy lalkami. Obawiano się przenoszenia patogenów między pacjentami, z których część zażywa obniżające odporność leki immunosupresyjne. Szkło wodne jest bezpieczne i nieczynne biologicznie/chemicznie. Tworzy na powierzchni przedmiotów niewidzialną, giętką powłokę, dzięki czemu zapobiega przyleganiu brudu i bakterii. Co szczególnie ważne, nie daje szans lekoopornemu gronkowcowi złocistemu (Staphylococcus aureus). Przedstawiciele szpitala opowiadają, że niektóre zabawki trzeba było usunąć ze względu na trudności z utrzymaniem ich w czystości. Są to jednak sprzęty bardzo istotne dla dzieci, dlatego warto było pomyśleć o alternatywnych rozwiązaniach. Traktujemy zabawki podobnie jak sprzęt medyczny, który musi być czysty i jałowy. Po pokryciu zabawki szkłem wodnym nie widać żadnej różnicy. Materiał ten ma wielki potencjał do wykorzystania nie tylko w warunkach szpitalnych – tłumaczy Pauline Bradshow, dyrektor operacyjny ds. zakażeń. Trzymiesięczne testy szkła wodnego w innym szpitalu wykazały, że pokrycie nim np. podłóg, blatów szafek, wanien, guzików w windzie czy umywalek ogranicza wzrost bakteryjny o 25-50%. W Southport porównywano powierzchnie pokryte szkłem wodnym wytwarzanym przez niemiecką firmę Nanopool z powierzchniami kontrolnymi. Personelowi sprzątającemu nie powiedziano, że przeprowadzono jakieś specjalne zabiegi, dlatego czyszczenie odbywało się zgodnie z wcześniejszymi procedurami. Naukowcy co tydzień pobierali wymazy z rozmaitych rejonów placówki. Okazało się, że różnica w liczbie bakterii na powierzchniach ze szkłem wodnym i bez niego była istotna statystycznie. Powłokę firmy Nanopool można łatwo i bez specjalnego zamieszania stosować w uczęszczanych obszarach szpitala – uważają autorzy raportu. Pierwotnie szkło wodne, czyli nasycony roztwór krzemianu sodu, zastosowano jako zabezpieczenie przeciwko graffiti oraz w ramach przeciwogniowej impregnacji drewna. Przedstawiciele producenta ujawnili, że podczas eksperymentu w przetwórni mięsa mycie blatów z powłoką gorącą wodą dawało te same rezultaty, co potraktowanie zwykłych powierzchni wybielaczem. Powłoka ma grubość liczoną w nanometrach, a oddziaływania elektrostatyczne w nasprajowanym filmie odpychają wodę i brud. Bakterie nie mogą się tu namnażać tak skutecznie jak zwykle. W Liverpoolu zostanie też przetestowana nowa metoda czyszczenia, która nie niweczy antybakteryjnych właściwości szkła wodnego. Dlatego żrące preparaty mają być zastąpione przyjaznymi dla skóry i pokarmów biocydami.
-
Dzięki udoskonaleniu pospolitego barwnika stosowanego m.in. w farbach badaczom z University of Illinois udało się uzyskać doskonały katalizator umożliwiający niszczenie mikroorganizmów i wirusów dzięki energii światła widzialnego. Co ciekawe, innowacyjna powłoka zachowuje swoje dezynfekujące właściwości nawet po 24 godzinach przechowywania w ciemności. W ostatnich latach naukowcy proponowali kilka rodzajów powłok zdolnych do aktywnego niszczenia patogenów dzięki TiO2, czyli tlenkowi tytanu (IV). Po oświetleniu lampą ultrafioletową cząsteczki tego związku uwalniają należące do siebie elektrony, które wchodzą z kolei w interakcje z cząsteczkami wody. Efektem tej serii zdarzeń jest powstanie wolnych rodników, czyli niezwykle aktywnych utleniaczy, zdolnych m.in. do niszczenia bakterii, grzybów czy wirusów. Choć powierzchnie pokryte TiO2 są skuteczne, istotnym problemem pozostaje konieczność ich aktywacji poprzez użycie stosunkowo drogich i niebezpiecznych dla ludzi lamp UV. Zespół dr. Jiana Ku Shanga z University of Illinois rozwiązał jednak ten problem dzięki wzbogaceniu TiO2 poprzez wymieszanie go z azotem. Powstający w ten sposób środek jest w stanie pochłaniać energię światła widzialnego i wykorzystywać ją do uwolnienia elektronów. Udoskonalony materiał wciąż nie był jednak dla dr. Shanga wystarczająco praktyczny. W miejscach szczególnie narażonych, takich jak sale operacyjne, idealne byłyby bowiem powłoki działające w sposób ciągły, a nie tylko za dnia lub przy włączonych światłach. Znalazł się jednak sposób na osiągnięcie tego celu. Było nim dalsze wzbogacenie mieszanki poprzez dodanie palladu - jednego z metali szlachetnych. Dodatkowy składnik mieszanki jest w stanie przechwycić część elektronów uwolnionych przez cząsteczki TiO2 i uwalniać je przez wiele godzin. Co prawda aktywność powłoki jest przez to nieco osłabiona (lecz nie na tyle, by przestała ona działać), lecz jej ochronne właściwości utrzymują się jeszcze przez 24 godziny od wyłączenia źródła światła. Oznacza to, że ważne powierzchnie, takie jak np. blaty na salach operacyjnych, mogłyby pozostawać wolne od patogenów nawet przez całą noc i nadawać się do użycia na następny dzień.
-
Naukowcy z Cambridge University stworzyli specjalną powłokę, przez którą odnóża owadów niszczących rośliny uprawne, żywność czy elementy konstrukcyjne domów wpadają w poślizg. W ten sposób ani karaczan, ani termit nie wespną się na żadną powierzchnię i będą raczej przypominać człowieka walczącego o odzyskanie równowagi pod prysznicem. Nowy odstraszacz to dzieło Jana-Henninga Dirksa, Christofera Clemente'a i Waltera Federle'a z uniwersyteckiego Wydziału Zoologii. Ma on co najmniej kilka zalet: jest tani, łatwy w aplikacji, wytrzymały, nietoksyczny i bezpieczny dla środowiska. Owady potrafią wspiąć się na niemal każdą naturalną i sztuczną powierzchnię, ponieważ na ich stopach znajdują się poduszeczki (łac. arolia albo pulvilli). Pokrywają je włoski wydzielające kleistą emulsję o konsystencji keczupu. Przyglądając się poduszeczkom uważniej, zoolodzy zauważyli, że pewna powłoka zmieniała właściwości opisywanej substancji. Wskutek tego lepka wydzielina zamieniała się w smar i owady zaczynały się po niej ślizgać. Dzięki wykorzystaniu mikroskopowej metody odbiciowej (ang. interference reflection microscopy, IRM) zespół stwierdził, że żywica poliimidowa "wysysała" z owadziej wydzieliny wodę, pozostawiając z niej jedynie śliską tłustą warstewkę. Na początku wpadliśmy na trop tych właściwości powierzchniowych przypadkowo, ale już wkrótce zdaliśmy sobie sprawę, że może to być coś bardzo użytecznego – tłumaczy Jan-Henning Dirks. Nagranie wideo z eksperymentów laboratoryjnych pokazuje, że owady próbujące sięgnąć do skórki z jabłka zawieszonej na pokrytej teflonem szklanej rurce robiły to bez przeszkód. Gdy jednak identyczną rurkę pokrywano nowym materiałem, ciągle się obsuwały. Okazało się, że po jego wykorzystaniu ich odnóża osiągały średnio 40% przyczepności (wyrażonej za pomocą sił tarcia) ze scenariusza z wykorzystaniem teflonu. Powłoka ekipy z Cambridge ogranicza ruchy wielu owadów, w tym mrówek, karaczanów, termitów i szarańczy. Oznacza to zmniejszenie szkód, czyli korzyści ekonomiczno-zdrowotne, a ze względu na mechanizm działania samym owadom nie dzieje się żadna krzywda. Rozwiązanie zostało opatentowane, obecnie akademicy szukają partnera, który pomoże im w komercjalizacji produktu. Ponieważ woda absorbowana przez żywicę szybko wyparowuje, warstwa chroniąca przed nieproszonymi gośćmi właściwie nie musi być nigdy wymieniana. Jak podkreśla Dirks, w przyszłości należy sprawdzić, czy autorski pomysł sprawdza się w przypadku much, gekonów czy skorków, które wykorzystują nieco inne substancje przytwierdzające. Giving cockroaches the slip from Cambridge University on Vimeo.
-
W jaki sposób uchronić przeszczepione komórki prekursorowe trzustki przed zniszczeniem przez układ odpornościowy? Można je umieścić w kapsułach z teflonu (politetrafluoroetylenu, PTFE), który lepiej znamy jako polimer wykorzystywany w pokryciach np. patelni. Wygląda na to, że jest to nowy, ale skuteczny sposób leczenia cukrzycy typu 1. Na ten oryginalny pomysł wpadli badacze z Burnham Institute for Medical Research oraz Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego. Podczas eksperymentów wykazano, że poddane enkapsulacji komórki prekursorowe dojrzewały, przekształcając się w funkcjonujące komórki beta wysp trzustki. Zespół udowodnił również, że w porównaniu do zabiegu polegającego na wszczepieniu dojrzałych komórek beta, posłużenie się komórkami prekursorowymi zwiększało szanse na powodzenie zabiegu. Rezultaty przewyższyły nasze oczekiwania. Myśleliśmy, że chociaż limfocyty T nie mogą przeniknąć przez powłokę z teflonu, będą się wokół niej gromadzić. Tymczasem nie odkryliśmy żadnych śladów reakcji immunologicznej, co sugeruje, że komórki prekursorowe w osłonce są niewidoczne dla układu odpornościowego – opowiada dr Pamela Itkin-Ansari. Podczas testów akademicy przeszczepili myszom zabezpieczone PTFE komórki wyspy innych gryzoni. W drugim wariancie myszom z niedoborem odporności implantowano pokryte teflonem a) dojrzałe komórki beta lub b) komórki prekursorowe. W ten sposób naukowcy chcieli zbadać żywotność i działanie jednych i drugich. Okazało się, że wykorzystanie nie w pełni zróżnicowanych komórek unipotentnych gwarantowało uzyskanie całkowicie sprawnych komórek beta. Odkrycie zespołu pozwala wyeliminować konieczność zażywania po przeszczepie leków immunosupresyjnych, a to ulga dla wielu chorych.
-
Nowy rodzaj powłoki antybakteryjnej, aktywowanej za pomocą najprostszych źródeł światła, został opracowany przez badaczy z University College London. Innowacyjny materiał może znaleźć zastosowanie m.in. w szpitalach oraz w zakładach produkcji żywności. Unikalne właściwości powłoki są zasługą wykorzystania tlenku (IV) tytanu. Jego aktywność antybakteryjna jest znana od lat, lecz do aktywacji wymaga on światła ultrafioletowego. Utrudnia to stosowanie tego związku, ponieważ stosowanie lamp UV w obecności ludzi jest wysoce niewskazane, a wysyłane przez nie promieniowanie może uszkadzać wiele rodzajów tworzyw. Aby rozwiązać problemy związane ze stosowaniem tlenku (IV) tytanu, badacze zastosowali azot. Jego dodatek umożliwia aktywację antybakteryjnej powierzchni dzięki użyciu światła widzialnego. Oznacza to, że powierzchnie pokryte nowym typem powłoki mogą aktywnie niszczyć mikroorganizmy np. pod wpływem światła dziennego lub standardowych żarówek i świetlówek. W oczywisty sposób zwiększa to wygodę i bezpieczeństwo procesu dezynfekcji. Wstępne badania wykazały, że wynalazek jest w stanie zabić 99,99% bakterii E. coli znajdujących się na jego powierzchni. Planowane jest także sprawdzenie, czy okaże się on równie skuteczny w walce z bakteriami gronkowca złocistego (S. aureus) opornymi na jeden z antybiotyków, metycylinę. Mikroorganizmy te są jednym z najważniejszych źródeł zakażeń szpitalnych, przez co walka z nimi jest jednym z priorytetów służby zdrowia. Najbardziej oczywistym zastosowaniem materiału wydaje się być używanie go w szpitalach. Niewykluczone jednak, że zostanie on wykorzystany także do pokrywania przedmiotów codziennego użytku, takich jak klawiatury komputerowe lub telefony.
-
Alexander Eychmüller i jego zespół z Politechniki w Dreźnie zauważyli, że grzyby w naturalny sposób absorbują nanocząsteczki metali. Po włączeniu ich do plechy powstają hybrydy grzyb-metal, które można wykorzystać np. w katalizatorach lub środkach odkażających. W metalowych katalizatorach przemysłowych wykorzystuje się kryształy metali, np. niklu, żelaza czy platyny. By uzyskać jak największą powierzchnię metaliczną, trzeba się posłużyć obojętnym podłożem o jak największej powierzchni właściwej (przy zachowaniu stosunkowo niedużej objętości). Cząsteczki katalizatora nie powinny się zlepiać ani tworzyć spieków, dlatego chemicy uciekają się do pomocy roztworu. W takich warunkach trudno jednak oddzielić cząsteczki katalizatora od produktów reakcji. Grzyby, które je asymilują i stabilizują, wydają się więc idealnym rozwiązaniem. Odzyskanie katalizatora z plechy wydaje się bowiem może nie dziecinnie łatwym, ale ułatwionym zadaniem. Niemcy podawali grzybom, w tym pędzlakom (Penicillium), pożywki z różnymi metalami: złotem, srebrem, platyną i palladem. Po dwóch miesiącach obejrzeli ich grzybnię pod skaningowym mikroskopem elektronowym. Okazało się, że strzępki pokrywa metaliczna skórka – miniaturowe cząsteczki tworzyły warstwę o grubości do 200 nanometrów. Naukowców zaskoczyło, że grzybom zdawało się to w ogóle nie przeszkadzać. Jeden z gatunków nie reagował nawet na skorupę ze srebra, które jest przecież wykorzystywane jako środek dezynfekujący i jest dla wielu mikroorganizmów toksyczne. Co najważniejsze, chociaż warstwa była grubsza od średnicy poszczególnych cząsteczek (10-20 nanometrów), nie zlepiły się one w większe bryły, a katalizator zachował swoje cenne właściwości. Eychmüller uważa, że odkrycie i opisanie mechanizmu, za pośrednictwem którego grzyby wiążą się z metalami, pomoże wyjaśnić, czemu niektóre organizmy są szczególnie podatne na akumulację metali ciężkich. Musi istnieć powód, czemu specyficzne nanocząsteczki wiążą się ze specyficznymi grzybami. Do tej pory niewiele wiemy o oddziaływaniach zachodzących na tym poziomie.
-
Trzcina cukrowa to nie tylko świetny surowiec do produkcji cukru i alkoholu, np. kubańskiego rumu. Dzięki naukowcom z Australii już wkrótce będą powstawać wodoodporne papier i pudełka z kartonu z powłoką uzyskiwaną właśnie z tej rośliny. Zespół dr. Lesa Edye'a z CRC for Sugarcane Innovation through Biotechnology w Brisbane twierdzi, że naturalna powłoka z powodzeniem zastąpi wosk i plastik, które stosuje się obecnie w pudełkach na owoce i kartonikach na napoje, m.in. mleko czy soki. Co więcej, nowe opakowania będą się w 100% nadawać do recyklingu. Badacze z antypodów podkreślają, że wosk ma jedną poważną wadę, niekorzystnie wpływa na urządzenia do wytwarzania papieru. Stąd pomysł na wyściółkę z ligniny trzciny cukrowej. W procesie wytwarzania papieru z pulpy drzewnej usuwa się ligninę, pozostawiając tylko elastyczne włókna celulozy. Związki chemiczne używane normalnie do obróbki zmieniają właściwości ligniny, ale ekipie Edye'a udało się opracować ekologiczną metodę oddzielania od siebie składowych trzciny, która zachowuje ich pierwotne cechy. Nie powstają też odpady. Australijczycy uzyskali sprej z ligniny i wypróbowali go na serii próbek papieru. Okazało się, że zastygająca warstwa z powodzeniem zastępuje wosk i plastik, nie mając jednocześnie ich minusów. Spryskany ligniną papier można oddać na makulaturę, z której ponownie wytworzy się pulpę i nowe pryzmy papieru. Edye nie podaje szczegółów, ponieważ obowiązuje go tajemnica handlowa.
-
Wynaleziony w 1965 roku w laboratoriach DuPonta kevlar jest używany w kamizelkach kulooodpornych, hełmach i trampolinach, wzmacnia się też nim kable światłowodowe oraz umieszcza w obuwiu czy odzieży. Łatwiej więc chyba powiedzieć, gdzie go nie ma niż wyliczyć możliwe zastosowania. Teraz do korzystnych właściwości tych włókien poliamidowych trzeba będzie dołączyć zwalczenie szkodliwych drobnoustrojów: bakterii, wirusów i grzybów (Industrial & Engineering Chemistry Research). Yuyu Sun i Jie Luo z Uniwersytetu Południowej Dakoty opracowali metodę pokrywania kevlaru substancją zwaną acykliczną N-halaminą. Przetestowano aktywność wynalazku przeciwko E. coli, gronkowcowi złocistemu (Staphylococcus aureus), wirusowi MS2, Candida tropicalis oraz sporom Bacillus subtilis (które miały naśladować wąglika). Okazało się, że na czystym kevlarze w ciągu krótkiego czasu osiadało dużo mikroorganizmów, a na włóknach powleczonych substancją czynną nie było ich wcale bądź bardzo niewiele. Co ważne, powłoka jest trwała i można ją odnawiać. Po naniesieniu acyklicznej N-halaminy nie zmieniły się pierwotne właściwości termiczne i mechaniczne kevlaru. W przyszłości należy przeprowadzić dalsze badania nad jego skutecznością biobójczą. Gdy wszystko pójdzie dobrze, tego typu tkaniny znajdą na pewno zastosowanie w wielu dziedzinach życia i nauki.
-
Turbulencje są zmorą zarówno inżynierów, jak i osób podróżujących czy pilotujących samoloty. Zespół Dimitrisa Lagoudasa z Texas A&M University skonstruował rodzaj powłoki, która pod wpływem chaotycznych ruchów powietrza przyjmuje odpowiednio pofalowany kształt. Podobny trik, tyle że w wodzie, stosują delfiny (Smart materials and structures). Tego rodzaju powłoka zmniejszyłaby turbulencje nie tylko w samolotach, ale także w łodziach podwodnych. Odpowiednie pofalowanie wytłumia ruch cząsteczek gazu lub cieczy. Wbrew pozorom odnalezienie odpowiedniej formy wcale nie jest proste. Powierzchnia skrzydła lub burty musi przyjąć kształt idealny, to znaczy wymuszany przez napierające na nią siły. Dodatkowo żądana forma zmienia się wraz z prędkością. A jak robią to delfiny? By zredukować "rzucanie" w czasie pływania, marszczą skórę. Dzięki temu woda przestaje przywierać do ich ciała. Wzorując się na naturze, Amerykanie najpierw przeprowadzili odpowiednie wyliczenia, potem postanowili przetestować prototyp powłoki. Pod aktywnie reagującą "skórą" znajdują się specjalne piezoceramiczne nóżki. Wydłużają się one pod wpływem działania pola elektrycznego. Kontrolując jego parametry, ekipa Lagoudasa może uzyskać konfigurację powłoki, która odpowiada długości oraz amplitudzie fali działającej na powierzchnię materiału i w ten sposób wyeliminować wstrząsy. Powstające wybrzuszenie może mieć do 30 mikrometrów wysokości. Othon Rediniotis, jeden z członków zespołu, podkreśla, że drgania powłoki zmniejszono aż o połowę. Wg Lagoudasa, wynalazek jego zespołu sprawdzi się najlepiej w łodziach podwodnych. Wykorzystanie go w samolotach będzie wymagało wyeliminowania wielu przeszkód. Samolot porusza się z większą prędkością, dlatego powstające fale muszą mieć większą częstotliwość. Na razie "skórę" przetestowano jedynie w warunkach laboratoryjnych. Przed zaimplementowaniem w prawdziwej flocie, morskiej czy powietrznej, musi być całkowicie niezawodna.
-
Przeprowadzone niedawno symulacje wykazały, że cienkie warstewki lodu nie roztopią się w temperaturze 42°C, jeśli zostaną umieszczone na diamentach powleczonych kationami sodu. Takie diamentowo-lodowe filmy stanowią idealne pokrycie sztucznych zastawek serca czy odpornych na ścieranie protez. Alexander D. Wissner-Gross i Efthimios Kaxiras, dwaj fizycy z Uniwersytetu Harvarda, odkryli, że lód pozostaje w pewnych okolicznościach nietknięty nawet powyżej punktu wrzenia wody. Sztucznie uzyskiwane filmy diamentowe są niezwykle wytrzymałe. Ta i inne właściwości sprawiają, że bardzo poważnie rozważa się ich wykorzystanie nie tylko w medycznych implantach, ale także w ogniwach słonecznych. Dodanie lodu przetrzymującego wysokie temperatury zwiększa atrakcyjność diamentów dla przemysły medycznego. W ten sposób otrzymuje się bowiem materiał odporniejszy na zarysowanie i ograniczający nadbudowywanie się na nim białek. Amerykańscy fizycy sądzą, że dzięki ich odkryciu zwiększy się też wydajność baterii słonecznych. Krótki film nakręcony przez badaczy podczas symulacji znalazł się w finale tegorocznego Festiwalu Filmów nt. Badań Materiałoznawczych (2007 Materials Research Film Festival). Chętnych zapraszamy do jego obejrzenia.