Znajdź zawartość

Kurkumina ma zostać podstawą tanich wykrywaczy materiałów wybuchowych. Abhishek Kumar z University of Massachusetts, twórca zaskakującego rozwiązania, tłumaczy, że wystarczy nadać barwnikowi właściwości fluorescencyjne. Wtedy można się posłużyć spektroskopią fluorescencji. Gdy z kurkuminą zwiążą się np. cząsteczki trotylu (TNT), po oświetleniu zmienią się właściwości emitowanego przez nią światła. Amerykanie zaprezentowali wyniki swoich badań na konferencji Amerykańskiego Stowarzyszenia Fizyki. Jeśli mamy gram TNT i będziemy próbkować miliard cząsteczek powietrza z losowo wybranych części pokoju, znajdziemy 4 do 5 cząsteczek TNT – to przyczyna, dla której tak trudno wykryć trotyl. Amerykański Departament Stanu szacuje, że na świecie zagraża ludziom ok. 60-70 mln min lądowych. Potrzebujemy więc przenośnego, rozmieszczalnego w terenie wykrywacza. Powinien być tani, bardzo czuły i łatwy w obsłudze. Na to, że kurkuminę można wykorzystać w takim urządzeniu, zespół Kumara wpadł zupełnie przez przypadek. Naukowcy skupiali się bowiem na biologicznych zastosowaniach substancji i poszukiwali metod zwiększenia rozpuszczalności w wodzie. Wtedy pomyśleli o wykorzystaniu jej właściwości optycznych. Na początku przeprowadzono reakcję chemiczną, w wyniku której do kurkuminy przyłączono grupy boczne wiążące się preferencyjnie z cząsteczkami materiału wybuchowego. By zachodziło świecenie, kurkumina musi znajdować się w roztworze. Jeśli ciecz podda się odparowaniu, traci swoje właściwości fluorescencyjne. Amerykanie wpadli więc na pomysł, by wykorzystać poli(dimetylosiloksan), PDMS. Jest on gęsty i lepki w temperaturze pokojowej, dlatego zapobiega ewaporacji. Na szklaną płytkę naniesiono bardzo cienką warstwę PDMS. Później akademicy posłużyli się LED-ami, które włączano i po jakim czasie wyłączano. Film jarzył się na zielono, a w obecności materiałów wybuchowych światło stawało się przytłumione. Podczas testów filmy wykrywały stężenia materiałów wybuchowych rzędu 80 części na miliard. Do wykrywania min urządzenie musi być czulsze, trzeba zatem zmodyfikować grupy dołączone do kurkuminy. Naukowcy uważają, że wykorzystanie macierzy czujników reagujących na różniące się nieznacznie barwy światła pozwoli wykrywać całą gamę materiałów wybuchowych.

Na Rice University powstał polimer, który wzmacnia się pod wpływem obciążenia. Wykazuje zatem właściwości podobne do kości czy mięśni, które ulegają wzmocnieniu wskutek regularnego używania. Odkrycia właściwości polimeru dokonał Bren Carey badając materiał stworzony w laboratorium profesora Pulickela Ajayana. Zadaniem Careya było sprawdzenie, jak poli(dimetylosiloksan) wzbogacony pionowo ułożonymi wielościennymi nanorurkami reaguje na wielokrotne obciążenia. Ku swojemu zdziwieniu odkrył, że nie dochodzi do zużycia materiału, ale do jego wzmocnienia. Młody magistrant poddał polimer próbie polegającej na ściskaniu go pięć razy w ciągu sekundy. Po ośmiu dobach i 3.500.000 ściśnięć okazało się, że polimer jest o 12% bardziej wytrzymały niż był przed badaniem. Naukowcy od dawna wiedzą, że pod wpływem deformacji metale mogą zwiększać swoją wytrzymałość wskutek zmian w ich strukturze krystalicznej. Dotychczas jednak polimery, zbudowane z długich łańcuchów, nie zachowywały się w ten sposób. Uczeni z Rice nie wiedzą jeszcze, dlaczego ich materiał stał się bardziej wytrzymały.

Na Princeton University powstał nowy typ czujnika, dzięki któremu możliwa będzie ocena stanu budynków czy mostów. Badanie zmian zachodzących w budowlach i wykrywanie pojawiających się uszkodzeń to bardzo ważne, a jednocześnie niełatwe zadanie. Sigurd Wagner i Patrick Gorrn postanowili wykorzystać laser, organiczne związki chemiczne i elastyczny polimer do stworzenia "skóry", którą można pokryć budowlę. Sprawdzając stan pokrycia można będzie oceniać zmiany zachodzące w samej budowli. Ich pomysł polega na użyciu poli(dimetylosiloksanu), którzy przygotowano tak, by miał falistą strukturę. Na jej powierzchnię nanosi się płynną mieszaninę molekuł organicznych. Gdy całość oświetlimy laserem ultrafioletowym, emitowane jest światło o konkretnej długości fali. W tym wypadku jest to widzialne czerwone światło. Jednak wszelkie zmiany na powierzchni "skóry", jej rozciągnięcie czy ścieśnienie, powodują zmianę długości fali emitowanego światła. Eksperymenty wykazały, że już ściśnięcie gumy o 2,2% prowadzi do zmian, które są wykrywane przez specjalne czujniki. Te potrafią zauważyć różnice sięgające zaledwie 5 nanometrów w długości fali. To bardzo dokładna metoda i jest to jej główna zaleta. W wielu przypadkach dochodzi bowiem do nieznacznych zmian struktury, które nie muszą objawiać się widocznymi uszkodzeniami. Te czujniki pozwalają zanotować takie zmiany - mówi Wagner. Dodatkową zaletą nowej metody jest możliwość sprawdzania zdrowia "skóry" z pewnej odległości oraz uniknięcie konieczności prowadzenia okablowania. Technologia z Princeton znajduje się obecnie w fazie eksperymentalnej. Uczeni szukają teraz jak najlepszych molekuł emitujących światło oraz metod ich umieszczania na PDMS. Wiemy, jak prowadzić eksperymenty. Ale nie znaleźliśmy jeszcze magicznej formuły - zauważył Wagner.

Zespół uczonych z Columbia University zdał sobie sprawę, że jedna z używanych od paru lat technik może zostać wykorzystana do samoistnego tworzenia nanomechanizmów. Budowanie silników, kół zębatych czy przekładni w skali nano jest bardzo kosztowne i skomplikowane. Tymczasem, jak się okazuje, można wykorzystać do tego celu materiały, które zmieniają kształt pod wpływem temperatury. Zespół Xi Chena postanowił bliżej przyjrzeć się cienkim warstwom metalu naniesionym na polimer PDMS czyli poli(dimetylosiloksan). Naukowcy ogrzewali dysk z PDMS tak długo, aż się rozszerzył, a następnie nanieśli nań cienką warstwę miedzi. Później ochłodzili polimer. Okazało się, że podczas chłodzenia skurczył się on bardziej niż miedź, powodując powstanie ząbkowania w metalu. Dalsze schładzanie polimeru prowadziło do pogłębiania się "ząbków". Chen mówi, że, przynajmniej teoretycznie, tak długo jak warstwa metalu jest równomiernie nałożona, a polimer jest homogeniczny, ochładzanie będzie prowadziło do powstawania regularnego ząbkowania. Z kolei kontrolując grubość warstwy metalu możemy kontrolować ilość ząbków. W ten prosty sposób możemy tworzyć miniaturowe koła zębate. Później wystarczy dodać do całości utwardzacza, który zapobiegnie zmianom wielkości polimeru i wzmocni całość. Dotychczas uczeni wyprodukowali w ten sposób koła o średnicy od 6 do 25 milimetrów. Chen chce wkrótce rozpocząć eksperymenty w znacznie mniejszej skali. Podkreśla, że jego zespół nie powiedział jeszcze ostatniego słowa. Tworzenie pojedynczych kół zębatych nie jest szczególnie interesujące. Naukowiec uważa jednak, że siła nowej techniki polega na możliwości produkowania skomplikowanych zestawów kół zębatych o bardzo różnym kształcie. Wystarczy tylko precyzyjnie kontrolować proces kurczenia się dowolnie wybranej części polimeru.

Naukowcy z University of Illinois opracowali metodę hodowli ssaczych neuronów w komorach niewiele większych od nich samych. Nowe podejście wydłuża życie komórek nerwowych w warunkach zmniejszonej gęstości ich występowania. Dzięki temu w przyszłości będzie można badać wzrost i zachowanie pojedynczych komórek mózgu (Lab on a Chip). Jak podkreśla Martha Gillette, neurony polegają na stałych dostawach białek i innych czynników troficznych, czyli odżywczych. Są one wydzielane przez same neurony i przez komórki pomocnicze, takie jak glej. To dlatego komórki nerwowe mają się najlepiej, gdy wzrastają w warunkach dużego zagęszczenia i w obecności innych neuronów. Upakowanie dużej liczby komórek na małej powierzchni nie ułatwia jednak zadania biologom, którzy chcieliby opisać zachowanie pojedynczych komórek. Jedną z technik podtrzymywania kultur neuronów przy życiu jest trzymanie ich w medium z osocza. To zwiększa żywotność komórek nerwowych, ale, z drugiej strony, doprowadza do swego rodzaju skażenia. Trudno jest wtedy określić, które substancje zostały wyprodukowane przez neurony, a które pochodzą z osocza. Chcąc wytropić komórkowe źródło czynników troficznych, naukowcy zmniejszyli wypełnione fluidem komory, w których hodowano neurony. Matthew Stewart wykonał minipojemniczki z żelu polidimetylosiloksanowego (ang. polydimethylsiloxane, PDMS). Jonathan Sweedler, szef zespołu naukowców, tłumaczy, że zminiaturyzowanie komory pozwoliło też zmniejszyć ilość płynu otaczającego komórki. Wskutek tego łatwiej jest zidentyfikować i pomierzyć substancje wydzielane przez neurony, ponieważ są one w mniejszym stopniu rozcieńczone. Na tym jednak nie wyczerpały się pomysły ekipy z University of Illinois. Naukowcy oczyścili materiał wykorzystywany do konstruowania ścian komory. Larry Millet kilkakrotnie zanurzał PDMS w kąpieli chemicznej, by wypłukać z polidimetylosiloksanu zanieczyszczenia, które mogłyby zaszkodzić, a nawet zabić komórki. Millet opracował także technikę stopniowego perfundowania (przecedzania) płynu otaczającego neurony. Umożliwia to uzupełnienie zapasów składników odżywczych i wypłukanie produktów przemiany materii. Biolodzy zyskują przy tym cenny materiał do analiz: wszelkie związki chemiczne wydzielane przez pojedyncze neurony. Dzięki wszystkim opisanym zabiegom udało się przez 11 dni hodować neurony z hipokampa szczurów. Do tej pory w aparaturze wykonanej z PDMS komórki nerwowe zachowywały żywotność przez góra 2 dni. Nie tylko zwiększyliśmy żywotność komórek, ale także ich zdolność różnicowania się, by mogły bardziej przypominać dojrzałe neurony – cieszy się Sweedler.