Znajdź zawartość

Od czasu przełomowego odkrycia fal grawitacyjnych amerykańskie obserwatorium LIGO we współpracy ze swoim europejskim odpowiednikiem Virgo zarejestrowały dziesiątki zdarzeń, które wygenerowały zmarszczki czasoprzestrzeni. W przyszłości obserwatoria fal grawitacyjnych będą udoskonalane, co  pozwoli na wykrycie większej liczby fal pochodzących z głębszych regionów wszechświata, a co za tym idzie, pozwoli nam lepiej zrozumieć wszechświat i poznać jego tajemnice. Fale grawitacyjne powinny ściskać i rozciągać przestrzeń o 1 część na 1021, co oznacza, że cała Ziemia jest ściskana lub rozciągana o 1/100000 nanometra, czyli mniej więcej o grubość jądra atomu. W ramach eksperymentu LIGO zbudowano dwa interferometry ułożone w kształt litery L o długości 4 kilometrów każdy. Na końcach tuneli umieszczono lustra odbijające światło. W stronę luster wystrzeliwany jest promień lasera, który odbija się i powraca do detektorów. Jeśli promienie przebyły drogę o różnej długości, pomiędzy promieniami dojdzie do interferencji. Badając interferencję naukowcy są w stanie zmierzyć relatywną długość obu ramion z dokładnością do 1/10 000 szerokości protonu. To wystarczająca dokładność, by wykryć ewentualne zmiany długości obu ramion interferometrów spowodowane obecnością fal grawitacyjnych. W skład LIGO wchodzą dwa laboratoria - w stanach Luizjana i Waszyngton. Jednym z niezwykle ważnych elementów wpływających na czułość obu detektorów wchodzących w skład LIGO jest powłoka wspomnianych luster. Każde z nich waży 40 kilogramów, a w każdym z detektorów znajdują się 4 takie lustra. Im większy współczynnik odbicia luster, tym bardziej czuły interferometr. Jednak te same powłoki, dzięki którym lustra odbijają światło, mogą prowadzić do zwiększenia szumu tła, a to z kolei może zagłuszać sygnał z fal grawitacyjnych. A trzeba wiedzieć, że LIGO jest wrażliwy na ruch uliczny, ruchy tektoniczne czy uderzenia fal na odległym wybrzeżu. Dlatego też ciągle trwają prace nad odpowiednimi powłokami luster. Teraz specjaliści z California Institute of Technology (Caltech), pracujący przy LIGO, poinformowali o opracowaniu nowej powłoki wykonanej z tlenku tytanu i tlenku germanu. Za jej pomocą można będzie 2-krotnie zmniejszyć szum tła z luster, co pozwoli na 8-krotnie powiększenie przestrzeni wszechświata, z której LIGO może zbierać sygnały. Poszukujemy najdoskonalszego z obecnie dostępnych materiałów. Nasza zdolność do badania tego, co dzieje się w astronomicznej skali wszechświata jest ograniczona zjawiskami zachodzącymi w mikroskopijnej przestrzeni [powłoki luster - red.], mówi Gabriele Vajente, główna autorka badań nad nową powłoką. Mamy nadzieję, że dzięki nowej powłoce będziemy mogli zwiększyć częstotliwość wykrywania fal grawitacyjnych z obecnej raz na tydzień do raz na dzień lub częściej, dodaje dyrektor LIGO Laboratory na Caltech David Reitze. Nawet najmniejsze zakłócenia z otoczenia, takie jak wibracje atomów wywołane temperaturą, mogą wpłynąć na czas odbicia światła lasera od luster i zakłócić pracę interferometru. Najważniejsze w naszej pracy było stworzenie lepszych metod testowania różnych materiałów. Teraz możemy sprawdzić ich właściwości w około 8 godzin, a praca taka jest w pełni zautomatyzowana. Wcześniej zajmowało to około tygodnia. Dzięki temu mogliśmy szybciej testować różne połączenia różnych materiałów. Niektóre z nich zupełnie się nie sprawdzały, ale dało nam to wgląd w to, jakich właściwości powinniśmy poszukiwać, wyjaśnia Vajente. W końcu uczeni zauważyli, że odpowiednia kombinacja tlenku tytanu i tlenku germanu najlepiej redukuje wibracje wywołane zmianami temperatury. Lustra z nową powłoką mogą zostać zastosowane już w czasie 5. kampanii badawczej LIGO, która ruszy w połowie dekady w ramach programu Advanced LIGO Plus. Latem przyszłego roku rozpocznie się zaś 4. kampania badawcza, ostatnia z programu Advanced LIGO. O tym, jak ważne był opracowanie nowej powłoki mówi dyrektor Reitze. To zmieni badania prowadzone w ramach Advanced LIGO Plus. To wspaniały przykład, jak bardzo LIGO jest uzależnione od najnowocześniejszych osiągnięć optyki i badań materiałowych. To największy od 20 lat postęp w optyce wykorzystywanej w LIGO. Przydatność przeprowadzonych właśnie badań nie ogranicza się jedynie do wykorzystania ich wyników przy wykrywaniu fal grawitacyjnych. W przyszłości ich wyniki mogą zostać wykorzystane w telekomunikacji czy przemyśle półprzewodnikowym. « powrót do artykułu

Dzięki amerykańsko-chińskiej współpracy powstała hydrożelowa powłoka, która zapobiega tworzeniu się lodu aż na trzy sposoby. Naukowcy podkreślają, że inspirowali się naturalnymi mechanizmami, które nie dopuszczają do zamarzania krwi kilku gatunków ryb z Antarktyki. Autorzy artykułu z pisma Matter sugerują, że nowa powłoka będzie tanim i wszechstronnym sposobem na zapobieganie oblodzeniu skrzydeł samolotów czy rur. To pierwszy materiał, który zapobiega tworzeniu się lodu, wpływając na 3 różne procesy. Choć dysponujemy rozmaitymi rozwiązaniami antyoblodzeniowymi, są one tak pomyślane, by wpływać tylko na niektóre aspekty tego złożonego procesu albo działać tylko na pewnych rodzajach powierzchni. Nowa powłoka jest rozwiązaniem kompleksowym, które zapobiega powstawaniu lodu na wielu różnych powierzchniach, od tworzyw, przez metale, po ceramikę, w dodatku w różnych warunkach - opowiada Ximin He z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles. Poza tym materiał łatwo uzyskać i jest ponoć bardzo wytrzymały. Żel składa się głównie z wody, ale jego kluczowym składnikiem jest poli(dimetylosiloksan), polimer z grupy silikonów, używany m.in. do produkcji soczewek kontaktowych czy jako dodatek do kosmetyków (E900). Gdy nasprejuje się go na powierzchnię, tworzy cienką przezroczystą powłokę, która zapobiega oblodzeniu na 3 różne sposoby: obniża temperaturę zamarzania wody na powierzchni (hamuje nukleację), opóźnia wzrost kryształów lodu (rozprzestrzenianie się lodu), a także utrudnia jego przywieranie, czyli adhezję. Akademicy przetestowali powłokę na różnych materiałach, w tym na plastiku, szkle, ceramice i metalach. Ustanowili rekord, zapobiegając tworzeniu się lodu do momentu, aż temperatura osiągnęła -31°C. Poprzedni rekord padł w 2016 r. i wynosił -28°C; różne powłoki nanoszono m.in. na szkło. Pracami zespołu kierował wtedy Jianjun Wang z Chińskiej Akademii Nauk; jest on współautorem również ostatniego badania. Oprócz tego hydrożel pozwolił na ustanowienie rekordu odnośnie do czasu odroczenia tworzenia lodu w temperaturze -25°C. By na spryskanych nim powierzchniach z tworzywa, szkła, ceramiki i metalu utworzył się w tej temperaturze lód, musiało minąć ponad 65 min, a więc o ponad 40 min więcej niż przy poprzednim rekordzie, który także padł podczas studium z 2016 r. Nawet jeśli na powierzchni, na której zastosowano hybrydowy antyoblodzeniowy hydrożel, utworzy się lód, łatwo go usunąć za pomocą szczotki czy dmuchawy (nie trzeba skrobać czy podgrzewać). W latach 60. naukowcy odkryli, że kilka gatunków ryb antarktycznych wytwarza białka zapobiegające zamarzaniu (ang. anti-freeze proteins, AFP) krwi. Później stwierdzono, że także owady wytwarzają AFP, dzięki czemu ich płyny ustrojowe nie zamarzają. U bakterii AFP stwierdzono po raz pierwszy w 1993 r. W następnych latach opisano wiele bakterii zdolnych do syntezy takich białek. Wiadomo, że dysponują nimi także rośliny. Nowa powłoka jest bioinspirowana (działa po części dlatego, że naśladuje molekularną strukturę tych białek). Większość eksperymentów przeprowadzono w laboratorium, ale jeden test odbył się na dworze, w Pekinie, w temperaturach ujemnych. « powrót do artykułu

Naukowcy z Instytutu Technologii Stevensa stworzyli powłokę np. do endoprotez stawów, która gdy pojawiają się bakterie, uwalnia celowane mikrodawki antybiotyków. Dzięki temu można znacząco obniżyć wskaźnik zakażeń. Prof. Matthew Libera opisał metodę powlekania implantu siecią mikrożelową. W skrócie są to plamki o średnicy 100-krotnie mniejszej od przekroju ludzkiego włosa, które absorbują pewne antybiotyki. Zachowanie mikrożelu reguluje się za pomocą ładunków elektrycznych; aktywność elektryczna zbliżających się bakterii prowadzi do uwolnienia leku. Mikrożele można zastosować w wielu różnych urządzeniach medycznych, w tym w zastawkach serca czy szwach chirurgicznych. Amerykańska armia, która współfinansowała badania, chce wdrożyć technologię w szpitalach polowych (obecnie zakażenia występują w 1/4 ran bojowych). Zakażenia po zabiegach chirurgicznych trudno zwalczyć, gdyż kolonizując powierzchnie, bakterie tworzą antybiotykooporne biofilmy. Libera i inni zaburzają ten cykl, zabijając bakterie, nim w ogóle zdobędą przyczółek. W odróżnieniu od tradycyjnych metod leczenia - układowych, które zalewają antybiotykiem cały organizm czy miejscowych, takich jak mieszanie antybiotyków z cementem kostnym - podejście mikrożelowe jest silnie celowane: uwalniane są maleńkie dawki antybiotyku do uśmiercenia pojedynczych bakterii. W ten sposób ogranicza się presję selekcyjną, prowadzącą do rozwoju superpatogenów. Amerykanie wyjaśniają, że inne obecnie rozwijane "samobroniące się" powierzchnie bazują na bakteryjnych produktach przemiany materii, które wyzwalają uwalnianie leków. Takie podejście jest jednak mniej efektywne od metody Libery, która może zabijać także formy spoczynkowe bakterii. Mikrożele są bardzo wytrzymałe; niegroźne im np. odkażanie etanolem. Poza tym tygodniami zachowują one stabilność i właściwie reagują na ludzką tkankę, co oznacza, że przechowują ładunek do momentu, aż jest on potrzebny i wspierają zdrowy wzrost kości. By nałożyć mikrożel na urządzenie medyczne, chirurg musi je na kilka sekund zanurzyć w specjalnej kąpieli. Druga kąpiel wysyca mikrożel antybiotykiem. Plany są takie, by w przyszłości lekarz przygotowywał urządzenia bezpośrednio przed wszczepieniem, wykorzystując antybiotyki dostosowane do czynników ryzyka danego pacjenta. Jak dotąd podejście testowano w warunkach in vitro. « powrót do artykułu

Ekstremalne warunki panujące w czasie lotów kosmicznych wzmacniają bakterie i jednocześnie osłabiają mechanizmy obronne zestresowanych członków załogi. Zjawiska te nasilają się z czasem, co podwyższa ryzyko infekcji. By zwiększyć szanse naszego gatunku na eksplorację głębokiego kosmosu, na pokładzie Międzynarodowej Stacji Kosmicznej przetestowano bazującą na srebrze i rutenie powłokę antydrobnoustrojową AGXX. Okazało się, że AGXX znacznie zmniejszyła liczbę bakterii na podatnych na skażenie powierzchniach. Loty kosmiczne mogą zmieniać nieszkodliwe bakterie w potencjalne patogeny; rozwijają one bowiem grube ochronne powłoki i oporność na antybiotyki, są bardziej żywotne, a także szybciej się namnażają i metabolizują. [W tym samym czasie] hormony stresu sprawiają, że astronauci są podatni na infekcje - opowiada prof. Elisabeth Grohmann z Beuth Hochschule für Technik Berlin. Na domiar złego geny odpowiedzialne za nowe cechy mogą być wymieniane, np. w biofilmie, między różnymi gatunkami bakterii. By poradzić sobie z tym problemem zespół Grohmann testował powłokę AGXX na drzwiach toalety z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (MSK). AGXX zawiera i srebro, i ruten [...]. Zabija wszelkie rodzaje bakterii, a także pewne grzyby, w tym drożdże, i wirusy. Efekt jest podobny do wybielacza, z tym że powłoka podlega samoregeneracji, a więc [zasadniczo] nigdy się nie zużywa. Podczas eksperymentów porównywano skuteczność AGXX, powłoki z samym srebrem (V2A-Ag) oraz niepowlekanej niczym stali nierdzewnej (materiał kontrolny, V2A). Na wszystkich trzech materiałach przeżywały głównie bakterie Gram-dodatnie, a wśród nich przede wszystkim Staphylococcus, Bacillus i Enterococcus spp. Nowa powłoka ze srebrem okazała się wysoce skuteczna, a powłoka z samym srebrem wykazywała niewielką aktywność antydrobnoustrojową (w zestawieniu z V2A liczba bakterii była niższa "zaledwie" o 30%). Po 6 miesiącach z AGXX nie pozyskano żadnych bakterii. Po 12 miesiącach pozyskano 9 izolatów, a po 19 miesiącach 3; to 80% spadek w porównaniu do czystej stali. Większość Gram-dodatnich patogennych izolatów wykazywała wielolekooporność. Do najczęściej stwierdzanych należały oporność na sulfametoksazol, erytromycynę i ampicylinę. Rekordzistą okazał się pozyskany po 12 miesiącach z V2A szczep paciorkowca kałowego (Enterococcus faecalis), który był oporny aż na 9 substancji. Przy wydłużonym czasie ekspozycji niektóre bakterie nie zostają zabite. Materiały antydrobnoustrojowe są bowiem statycznymi powierzchniami, na których akumulują się martwe komórki czy cząstki kurzu [...]. [Jak można się domyślić] zaburzają one bezpośredni kontakt między bakteriami a materiałem. Co ważne, na żadnej z powierzchni nie stwierdzono groźnych ludzkich patogenów, takich jak metycylinooporny gronkowiec złocisty (ang. methicillin resistant Staphylococcus aureus, MRSA) czy VRE (od ang. Vancomycin-Resistant Enterococcus). Z tego powodu obecnie ryzyko zakażenia jest dla załogi MSK niskie. Nie wolno jednak zapominać, że bakteryjne izolaty były zdolne do tworzenia biofilmu, a większość wykazywała oporność na co najmniej 3 antybiotyki. Dzieliły one także geny oporności; do najczęściej występujących należały ermC (warunkuje on oporność na erytromycynę) i tetK (odpowiada za oporność na tetracyklinę). Immunosupresja i zjadliwość bakterii, a więc ryzyko infekcji, rosną w miarę trwania lotu. Jeśli chcemy spróbować dłuższych misji na Marsa itp., musimy nadal rozwijać nowe metody zwalczania zakażeń bakteryjnych - podsumowuje Grohmann. « powrót do artykułu

Poliuretanowa powłoka, która stopniowo uwalnia auranofinę, fosfinowy kompleks Au(I), pomaga przez niemal miesiąc zabijać bakterie. Podczas testów radziła sobie z metycylinoopornym gronkowcem złocistym (ang. methicillin-resistant Staphylococcus aureus, MRSA). Naukowcy uważają, że można by ją wykorzystać m.in. w cewnikach. Chcieliśmy uzyskać powłokę, która uśmiercałaby bakterie w formie planktonicznej i zapobiegałaby kolonizacji powierzchni. Wstępne dane pokazują, że mamy coś naprawdę obiecującego - opowiada prof. Anita Shukla z Brown University. Podczas testów poliuretanowa powłoka z auranofiną nie tylko zabijała gronkowce, ale i nie dopuszczała do powstawania biofilmów MRSA, które są szczególne oporne na leczenie. Autorzy publikacji z Frontiers in Cellular and Infection Microbiology wyliczają, że w samych USA rokrocznie zakłada się ponad 150 mln cewników naczyniowych. Zakażenia odcewnikowe rozwijają się u 250 tys. pacjentów rocznie; do zgonu dochodzi nawet w 25% przypadków. Koszty terapii są ogromne. Wcześniejsze próby poradzenia sobie z problemem nie były raczej udane. Powłoki antybakteryjne często tracą skuteczność po maksymalnie 2 tygodniach, bo zbyt szybko uwalniają lek. Poza tym bywa, że w powłokach wykorzystuje się tradycyjne antybiotyki, co w przypadku długotrwałego stosowania rodzi uzasadnione obawy odnośnie do rozwoju lekooporności. W swojej powłoce Shukla i inni zastosowali jednak kompleks złota(I) - auranofinę. Światowa Organizacja Zdrowia klasyfikuje ją jako lek antyartretyczny, ale badania Eleftheriosa Mylonakisa i Beth Fuchs z Brown University wykazały, że bardzo skutecznie zabija ona MRSA i inne niebezpieczne bakterie. Poza tym auranofina działa w taki sposób, że patogenom trudno rozwinąć oporność. Dotąd nie stosowano jej w żadnej powłoce. Podczas eksperymentów auranofinę dodawano do roztworu poliuretanu. Następnie rozpuszczalnik odparowywano, uzyskując rozciągliwą, wytrzymałą powłokę cewnika. Okazało się, że powłoka wytrzymuje bez pękania nawet 500% wydłużenie. Testując skuteczność rozwiązania, Amerykanie umieszczali powleczone cewniki w roztworze zawierającym MRSA oraz w hodowli MRSA na płytkach agarowych. Ustalono, że powłoki hamowały wzrost gronkowców od 8 do 26 dni, zależnie od zastosowanego stężenia auranofiny. Obserwując ewentualne przejawy tworzenia biofilmu, zespół posłużył się obrazowaniem bioluminescencji. Okazało się, że nie było żadnych sygnałów tworzenia biofilmu. Poliuretan działa jak bariera otaczająca auranofinę, poprawiając długoterminową wydajność antybakteryjną i antybiofilmową. Wstępne testy toksyczności pokazały, że powłoki nie wywierają niekorzystnego wpływu na ludzkie komórki krwi czy hepatocyty. Fakt, że obie składowe powłoki zostały zatwierdzone przez FDA, powinien przyspieszyć proces wydawania zezwoleń na testy in vivo. « powrót do artykułu

Pozłotnictwo to rzemiosło zajmujące się pokrywaniem podłoża (np. artefaktów) metalami, przeważnie szlachetnymi. Starożytni Egipcjanie i Chińczycy pokrywali swoje rzeźby cienkimi metalowymi filmami, dzięki czemu przez tysiące lat opierały się one zniszczeniu i korozji. Inspirując się dokonaniami starożytnych, prof. Sameh Tawfick z Uniwersytetu Illinois w Urbana-Champaign pokrył metalowe folie z palladu jednowarstwowym grafenem, 2-krotnie zwiększając ochronny wpływ pozłotnictwa. Amerykanie podkreślają, że metalowe folie są łatwo skalowalnym materiałem na powłoki. Można je kupić w dużych rolkach i są one stosunkowo tanie. Nakładając na folię pojedynczą warstwę grafenu, uzyskano niespodziewane korzyści, w tym zwiększoną wytrzymałość mechaniczną. Autorzy raportu z pisma Advanced Functional Materials mają nadzieję, że ich ustalenia znajdą zastosowanie w powłokach ochronnych na dużych strukturach, np. budynkach czy kadłubach statków, metalowych powierzchniach elektroniki użytkowej, a także drobnych cennych artefaktach czy biżuterii. Pojedyncza jednoatomowa warstwa grafenu na palladzie sprawia, że jest on 2-krotnie bardziej odporny na wygięcia niż folia z czystego palladu. To propozycja bardzo korzystna także z finansowego punktu widzenia; ilość grafenu potrzebna do pokrycia pozłotniczych struktur Carbide & Carbon Building w Chicago miałaby bowiem np. wielkość główki szpilki. Dodatkowo ekipa opracowała nową technologię pozyskiwania wysokiej jakości grafenu bezpośrednio na powierzchni folii palladowej o grubości 150 nanometrów w zaledwie 30 s. Podczas osadzania chemicznego z fazy gazowej CVD (od ang. Chemical Vapor Deposition) w temperaturze 1100°C czysta folia z palladu działa jak katalizator. CVD grafenu wymaga bardzo wysokiej temperatury, która może spowodować stopienie folii lub zwilżanie ciała stałego  – podkreśla doktorant Kaihao Zhang. Proces, który opracowaliśmy, osadza grafen na tyle szybko, że udaje się uniknąć degradacji pod wpływem temperatury. Poza tym jest on skalowalny i zapewnia grafen wysokiej jakości. « powrót do artykułu

Supercienka biodegradowalna powłoka o grubości 50 000 mniejszej od grubości włosa mogłaby chronić Wielką Rafę Koralową przed zagładą. Naukowcy z Australijskiego Instytutu Biologii Morskiej przeprowadzili serię testów, które wykazały, że unosząca się nad rafą warstwa węglanu wapnia, tego samego materiału, z którego wykonana jest rafa, uchroniłaby ją przed blaknięciem, blokując częściowo światło słoneczne. Testy przeprowadzone na siedmiu gatunkach korali wykazały, że taka warstwa o 30% zmniejsza ilość docierającego doń światła i dzięki czemu większość gatunków nie ulega blaknięciu. "Przetestowaliśmy hipotezę, zgodnie z którą zmniejszenie ilości światła słonecznego chroni korale przed stresem prowadzącym do blanknięcia", mówi Anna Mardsen, dyrektor Great Barrier Reef Foundation. "Przy tym projekcie pracowali inżynierowie-chemicy, eksperci od polimerów, ekolodzy morscy i specjaliści od raf koralowych", dodaje. Pani Madsen dodaje, że pokrycie całej rafy zajmującej powierzchnię 348 000 kilometrów kwadratowych byłoby niepraktyczne. Jednak wspomnianą powłoką można by chronić najbardziej cenne i najbardziej zagrożone fragmeny rafy. W ubiegłym roku firm Deloitte oszacowała wartość Wielkiej Rafy Koralowej na 43 miliardy dolarów. Australia, ze swoją niewielką populacją i intensywnym zużyciem węgla, znajduje się w czołówce największych emitentów CO2 w przeliczeniu na głowę mieszkańca. « powrót do artykułu