Znajdź zawartość

Ostre zapalenie często bywa przyczyną śmierci pacjenta. A pojawić się może ono z wielu przyczyn i okazji: silnych infekcji bakteryjnych, operacji chirurgicznych, zranień i oparzeń, transplantacji organów, sporadycznie nawet po wykonaniu transfuzji krwi. Ostrą reakcję zapalną organizmu mogą wywołać też niektóre substancje chemiczne. Naukowcy Centrum Nauk Medycznych Uniwersytetu Utah pod kierownictwem Jerry'ego Kaplana znaleźli nowy sposób hamowania reakcji zapalnej, który może doprowadzić do powstania nowych skutecznych leków. Odkrytym środkiem jest hepcydyna (ang. Hepcidin - hepatic bactericidal protein). Ten powszechnie znany hormon odpowiada za regulację poziomu żelaza w organizmie. Zaobserwowano jednak, że pojawia się we krwi w większych ilościach podczas zapaleń. Testy in vitro oraz in vivo dowiodły, że znacząco obniża on reakcję zapalną i redukuje jej negatywne skutki. Jako wyzwalaczy reakcji zapalnej użyto trzech substancji: lipopolisacharydu (LPS) - toksyny pokrywającej bakterie i rozpoznawanej przez system odpornościowy; poly I:C - kwasu znajdowanego w wirusach, używanego często do wywoływania zapaleń oraz terpentyny - popularnego rozpuszczalnika, którego drażniące działanie również wywołuje reakcję. W pierwszym doświadczeniu makrofagi - komórki układu odpornościowego wyhodowane w laboratorium - poddawano działaniu tych substancji. Połowa z nich była jednak wcześniej „zaszczepiona" hepcydyną. Komórki kontrolne, niepoddane takiemu zabiegowi, wykazywały wyraźnie wyższy stopień reakcji zapalnej niż leczone hepcydyną. W głównym eksperymencie takiemu samemu zabiegowi poddano myszy. Grupa kontrolna dostawała iniekcję z płynu fizjologicznego, podczas gdy pozostałym myszom podawano hepcydynę. Po dwóch godzinach sprawdzano reakcję na czynniki prozapalne: lipopolisacharyd, kwas poly I:C oraz terpentynę. U myszy, które dostały sól fizjologiczną, zaobserwowano spadek temperatury ciała, poziom cytokin podniósł się znacząco, a reakcja na stan zapalny była tak silna, że nie mogły się poruszać. U myszy poddanych iniekcji z hepcydyny reakcja zapalna była znacznie mniejsza, zachowały one zdolność poruszania się i wykazywały jedynie nieznaczne objawy choroby. Dodatkowym atutem hepcydyny podczas zwalczania zapalenia wywołanego infekcją bakteryjną jest jej główna funkcja: zmniejszanie poziomu żelaza we krwi. Ponieważ czynniki chorobotwórcze również potrzebują żelaza, zmniejszenie jego ilości utrudnia im rozprzestrzenianie się. Związek między metabolizmem żelaza a reakcją zapalną organizmu nie jest jeszcze jasny. Potrzebne są dalsze badania i wreszcie testy kliniczne na ludziach, ale zespół Jerry'ego Kaplana uważa perspektywy za bardzo obiecujące: nowy lek mógłby uratować życie wielu ludziom.

Woda to jeden z najprostszych, ale zarazem najdziwniejszych związków chemicznych. W szkole uczą nas, że występują trzy stany skupienia wody: lód, ciecz i gaz, czyli para wodna. Kto uważniej słuchał na lekcjach pamięta jeszcze, woda różni się od innych substancji: w fazie stałej jest lżejsza niż w ciekłej - cząsteczki wody tworzą bowiem puste w środku klatki, zamarzając woda powiększa swoją objętość - z tego samego powodu. Jeszcze bardziej uważni mogą pamiętać, że po roztopieniu zachowuje jeszcze część struktury lodu, oraz że zwiększa swoją objętość już od temperatury 4º Celsjusza. Rzeczywistość jest bardziej skomplikowana, naukowcy zamiast trzech, wyróżniają aż piętnaście faz skupienia wody. Ostatnio odkryto jeszcze jedną, będącą mieszaniną fazy ciekłej i stałej. Odkryta przez naukowców z Uniwersytetu Utah faza będąca współistnieniem cieczy i lodu nie jest raczej spotykana na co dzień, ale mimo to jej zrozumienie będzie mieć znaczenie praktyczne. Stan skupienia nazwany dowcipnie „ziemią niczyją" pojawia się, kiedy woda krystalizuje w bardzo niskiej temperaturze, poniżej 180 kelwinów. Właśnie ten stan rozmycia pomiędzy wyraźnymi fazami zainteresował Valerię Molinero, a to dlatego, że pojawia się on w górnych warstwach atmosfery. Odkryte dziwne zachowanie wody może mieć istotny wpływ na formowanie się i zachowanie chmur. Valeria Molinero i Emily Moore natknęły się na to zjawisko badając proces zamarzania przechłodzonej wody. Niestety, ruch cząsteczek okazał się zbyt szybki do bezpośredniej obserwacji. Posłużono się więc symulacją komputerową dla określenia właściwości takiego stanu. Badania nad zachowaniem się wody w różnych warunkach, jakie prowadzi Valeria Molinero, mimo pozornej hermetyczności, mogą okazać się ważne w wielu dziedzinach nauki. Wiele z cech wody jest istotnych dla istnienia i zachowania życia na naszej planecie. A zrozumienie właściwości, jakie woda zyskuje w warunkach niskich temperatur będzie na pewno istotne dla przyszłych, ulepszonych modeli przewidywania pogody.

Naukowcy z University of Utah wyjaśnili działanie polimerowego lasera, który opracowali przed 10 laty. Dotychczas nie było wiadomo, na jakiej zasadzie pracuje, więc niektórzy specjaliści w ogóle podejrzewali, że polimerowy laser to oszustwo. Teraz uczeni z Utah zauważyli, że w polimerach istnieją wolne przestrzenie, które działają jak lustra i to dzięki nim pracuje ich laser. Do tej pory nikt nie wiedział, jak to działa. Udało nam się sfotografować te przestrzenie. To wielki krok w kierunku zrozumienia zjawiska, w którego istnienie wielu nie wierzyło - powiedział profesor Zeev Valy Vardeny, twórca polimerowego lasera. Tradycyjne lasery korzystają najczęściej z precyzyjnie ustawionych luster, które działają jak rezonatory. Jednak w laserach takiego typu, jak wynaleziony przez Valy Vardeny, światło nie wędruje pomiędzy celowo ustawionymi lustrami, ale pomiędzy przypadkowo rozrzuconymi ośrodkami, od których się odbija. W roku 1999 profesor Vardeny opisał laser z przypadkowo rozłożonymi ośrodkami emisji. Wraz z zespołem pokazał on urządzenie, które wykorzystywało polimer i emitowało światło o różnych długościach fali w wąskim paśmie podczerwieni. Emisja wyglądała tak, jak generowana przez laser z rezonatorem optycznym. Problem w tym, że nie było żadnych rezonatorów. Nikt nie rozumiał zasady jego działania - mówi Vardeny. Wkrótce inne grupy naukowców zaczęły opracowywać podobne lasery korzystające z innych materiałów. Teraz zespół Valy Vardeny'ego oświetlił wykorzystywany przez siebie polimer zielonym światłem tradycyjnego lasera, co wywołało czerwoną emisję z polimeru. Badacze skupili soczewki na konkretnym, niewielkim obszarze polimeru i wykonali 10 000 zdjęć. Po ich nałożeniu na siebie znaleźli niewielkie przestrzenie, które działają jak lustra. Dzięki wykorzystaniu transformacji Fouriera byli w stanie dokładnie zbadać właściwości "luster". Profesor Vardeny rozpoczął teraz badania nad wykorzystywaniem swojego lasera do wykrywania komórek nowotworowych. Już w 2004 roku w Applied Physics Letters opublikował artykuł, w którym opisywał, eksperyment, podczas którego do tkanek - zdrowej oraz nowotworowej - wstrzyknięto czerwony fluoroscencyjny barwnik, a następnie oświetlono je laserem Okazało się, że emisja światła z tkanki chorej była inna niż ze zdrowej. Ma to związek prawdopodobnie z faktem, iż ma ona mniej uporządkowaną strukturę. Zeev Valy Vardeny uważa, że zrozumienie mechanizmu działania nowego lasera pozwoli na stworzenie zautomatyzowanych testów, umożliwiających szybkie rozpoznawanie nowotworów.

Wraz z rozwojem technologii i rosnącą popularnością przenośnych urządzeń bezprzewodowych, specjaliści poszukują nowych sposobów produkcji anten. Chcą, by były one jak najmniejsze i przy tym elastyczne. Jednak problem w tym, że metalowe anteny, gdy je będziemy zginali, wcześniej czy później ulegną uszkodzeniu. Sposobem na rozwiązanie tego problemu okazuje się budowa... anten w płynie. Nad tego typu urządzeniami pracują Michael Dickey z North Carolina State University i Gianluca Lazzi z University of Utah. Użyli oni wysoce elastycznego polimeru zawierającego wewnątrz mikrokanaliki, w których znajduje się płynna metaliczna antena. Głównym składnikiem naszej anteny jest gal, gdyż to on właśnie utlenia i tworzy powłokę, która utrzymuje stabilność metalu wewnątrz mikrokanalików. Później, dzięki dodaniu doń indu powodujemy, że metal staje się ciekły w temperaturze pokojowej - mówi profesor Dickey. Co prawda gal oraz ind są drogimi metalami, jednak potrzeba ich tak mało, że płynna antena dla urządzenia przenośnego kosztowałaby zaledwie kilka centów. Podczas przeprowadzonych testów nowa antena była zginana we wszystkie strony, rolowana, rozciągana, zgniatana i ciągle zachowywała swoje właściwości. Próby pracy w zakresie od 1910 do 1990 MHz wykazały, że sprawność nowej anteny jest taka sama jak podobnego urządzenia wykonanego z miedzi. Urządzenie może mieć różną wielkość, dzięki czemu jest bardzo czułe i wychwyci nawet niezwykle słabe sygnały. Można je wbudowywać w ściany budynków czy w mosty, co pozwoli na łatwe zbieranie informacji o ich stanie. Anteny przydadzą się też żołnierzom, którzy będą mogli zabrać do plecaka urządzenia o powierzchni liczonej w metrach kwadratowych.

Uczeni z University of Utah przybliżyli nas do momentu, w którym zostanie wyprodukowany pierwszy kwantowy komputer. Naukowcy pokazali, jak czytać dane z atomów fosforu umieszczonych na krzemie. Komputery kwantowe Na początek wyjaśnijmy ideę działania komputerów kwantowych. Najmniejszą cząstką informacji wykorzystywaną w komputerach jest bit. Jest on reprezentowany przez 0 lub 1. We współczesnych maszynach informacja, czyli ciąg bitów, przekazywana jest dzięki przepływowi elektronów. Tranzystory w procesorach posiadają przełączniki, które mogą zostać ustawione w pozycji „0” (brak elektronu) lub „1” (elektron obecny). Tak więc za pomocą na przykład trzech bitów możemy stworzyć 8 różnych kombinacji: 1-1-1, 0-1-1, 1-0-1, 1-1-0, 0-0-0, 1-0-0, 0-1-0 oraz 0-0-1. Jednak w danej chwili w tych trzech bitach można zapisać tylko jedną z ośmiu kombinacji. Komputery kwantowe mają bazować na zjawisku z mechaniki kwantowej, która przewiduje, że ta sama cząsteczka może jednocześnie znajdować się w różnych miejscach, czyli jednocześnie przyjmować obie pozycje 0 i 1. Tak więc trzy kwantowe bity, zwany qbitami, mogą jednocześnie przechowywać wszystkie osiem kombinacji i wykonać na nich operacje. Z tego wynika, że trzybitowy komputer kwantowy będzie ośmiokrotnie bardziej wydajny, niż obecnie stosowane komputery. Obecnie coraz bardziej powszechnie stosowane są komputery 64-bitowe. A kwantowy komputer operujący jednocześnie na 64 bitach byłby nawet około 18 000 000 000 000 000 000 razy szybszy od współcześnie wykorzystywanej maszyny. Konstrukcja kwantowego komputera nastręcza olbrzymich trudności, a jedną z nich jest problem z odczytaniem wartości z pojedynczej cząstki zawierającej informacje. Dopiero bowiem taki odczyt będzie przydatny przy obliczeniach dokonywanych przez komputer kwantowy. Dotychczas uczeni próbowali zaprzęgnąć do tego zadania rezonans magnetyczny. Pozwalał on na odczytanie wartości wspólnej dla 10 miliardów elektronów i atomów fosforu. Profesor Christoph Boehme wraz z zespołem opracowali nowatorski sposób, który pozwala na odczytanie wartości 10 tysięcy elektronów i atomów. Milion razy ulepszyli więc stosowane dotychczas metody. Teraz, by odczytać dane z pojedynczego atomu bądź elektronu "wystarczy” ulepszyć metodę Boehma „jedynie” o 10 tysięcy razy. Do odczytu danych uczeni wykorzystali przepływ prądu elektrycznego, atomy fosforu, kryształy krzemu, ciekły hel, pole magnetyczne i mikrofale. Dzięki temu udało im się uzyskać dokładny, stabilny odczyt. Sam Boehme, mimo iż jest bardzo zadowolony z uzyskanych wyników, mówi: Jeśli porównamy prace nad komputerem kwantowym z pracami nad tradycyjnym komputerem, to znajdujemy się na etapie tuż przed wynalezieniem abakusa.