Znajdź zawartość

Naukowcy z Vanderbilt University dokonali niespodziewanego odkrycia, które przyczyni się do znacznego udoskonalenia systemów chłodzenia komputerów. Z prac zespołu prowadzonego przez profesora Deyu Li wynika, że przewodnictwo termiczne nanowstążek boru może zwiększyć się nawet o 45% o ile zastosuje się odpowiednią technikę ich połączeń. Badania były prowadzone na borze, jednak ich wyniki generalnie odnoszą się do wszelkich innych materiałów cienkowarstwowych. To całkowicie nowy sposób kontrolowania efektów termalnych, który prawdopodobnie będzie miał znaczący wpływ na mikroelektronikę (jak smartfony i komputery), optolektronikę (jak lasery czy LED-y) oraz na wielu nowych polach - mówi profesor Greg Walker. Li poinformował, że nanowstążki są utrzymywane razem dzięki siłom van der Waalsa. Uważa się, że fonony, które transportują ciepło są rozpraszane przez siły van der Waalsa, co powoduje, że przewodnictwo cieplne obu nanowstążek jest takie samo, jak każdej z nich z osobna. My odkryliśmy coś wręcz przeciwnego. Stwierdziliśmy, że fonony mogą przekraczać granicę pomiędzy oddziaływaniami van der Waalsa i się nie rozpraszają, co znacząco zwiększa przewodnictwo cieplne - stwierdził Li. Jego zespół odkrył, że możliwe jest zwiększenie przewodnictwa cieplnego pomiędzy obszarami o niskim i wysoki napięciu dzięki poddaniu nanowstążek działaniu odpowiednich roztworów. Niezwykle ważne jest też odkrycie, że cały proces jest odwracalny. Na przykład zanurzenie nanowstążek w alkoholu izopropylowym, ich przyciśnięcie i pozwolenie, by wyschły powoduje, że ich przewodnictwo cieplne jest takie, jak pojedynczej nanowstążki. Jeśli jednak użyjemy alkoholu etylowego, przewodnictwo cieplne zwiększyło się. Ponowne zanurzenie ich w alkoholu izpropylowym spowodowało powrót przewodnictwa do poprzedniego poziomu. Sterowanie podstawowymi właściwościami materiałów, takimi jak przewodnictwo cieplne, jest bardzo trudne. Dlatego też badania te są niezwykle interesujące - mówi Walker.

Niemal każdy doświadczył poczucia apatii i gorszego nastroju podczas odchorowywania grypy, czy ciężkiego przeziębienia. Do tej pory uważano gorszy nastrój za prosty wynik złego stanu zdrowia, ale naukowcy z Vanderbilt University znaleźli biologiczny mechanizm, który za to odpowiada. Zespół Vanderbilt Center for Molecular Neuroscience (centrum neurologii molekularnej) udokumentował bezpośredni wpływ stanu zapalnego na działanie mózgu. Wcześniejsze badania wykazały już, że cytokiny - cząsteczki wywołujące odpowiedź odpornościową organizmu i stan zapalny - zwiększają aktywność przenośnika serotoniny (SERT). Serotonina jest odpowiedzialna za nasz „dobry nastrój", SERT zaś usuwa ją z synaps (połączeń pomiędzy komórkami nerwowymi). Kiedy pod wpływem cytokin SERT usuwa ją w zbyt szybkim tempie, skutkuje to pogorszeniem nastroju, apatią, czy nawet zaburzeniami lękowymi i depresją. Odkrycie współgra z faktem, że popularne środki przeciwdepresyjne (jak Prozac) działają w ten sposób, że powstrzymują wyłapywanie serotoniny przez SERT. Cytokiny wiążące się ze stanem zapalnym można zatem postrzegać jako swego rodzaju „anty-prozac". Mechanizm działania potwierdzono w doświadczeniu na myszach. Kiedy u gryzoni wywołano sztucznie produkcję prozapalnych cytokin, w ciągu pół godziny do godziny SERT w ich mózgach zwiększał swoją aktywność i zaczęły one wykazywać oznaki zachowania depresyjnego. Myszy zmodyfikowane genetycznie - pozbawione genu SERT były odporne na tak indukowaną depresję. Leki hamujące wytwarzanie cytokin skutecznie zapobiegały zwiększonej aktywności SERT i pogorszeniu nastroju. Naukowcy zaznaczają, że wyników badań nie można bezpośrednio przenosić na ludzi, oraz że odkryte działanie cytokin samo może być odpowiedzialne za stan depresji. Uważają jednak, że odkryty mechanizm może stanowić istotny czynnik zwiększający ryzyko depresji i powiązanych zaburzeń. Najbliższe badania zespołu najprawdopodobniej skoncentrują się na rozpoznaniu różnych ścieżek aktywacji SERT i wariantach genów z tym związanych. Niewykluczone jest odkrycie nowych mechanizmów genetycznych sprzyjających depresji i nowych leków. Autorami studium, opublikowanego w grudniowym Neuropsychopharmacology są Chong-Bin Zhu, Randy Blakely i William Hewlett.

Profesor Piotr Kaszyński i jego student Bryan Ringstrand z Vanderbilt University stworzyli nową klasę ciekłych kryształów o wyjątkowych właściwościach elektrycznych. Kryształy mogą posłużyć do udoskonalenia wyświetlaczy LCD. Stworzyliśmy ciekłe kryształy o niezwykłym dipolu, dwukrotnie większym niż mają obecnie istniejące kryształy - poinformował Kaszyński. Ważnym współczynnikiem dla pracy ciekłych kryształów jest minimalne napięcie koniecznym do wymuszenia na nich działania. Im większy dipol, tym mniejsze można przyłożyć napięcie minimalne. Ponadto, przy tym samym napięciu kryształy o większym dipolu przełączają się szybciej. Kryształy wyglądają bardzo obiecująco, jednak profesor Kaszynski studzi przedwczesną radość. Nasze kryształy [...] muszą przejść testy wytrzymałości, żywotności i tym podobne, zanim zostaną użyte w komercyjnych produktach - mówi uczony. Odkrycie Kaszyńskiego i Ringstranda ma znaczenie nie tylko komercyjne ale i naukowe. Od 1888 roku uczeni znaleźli już ponad 100 000 związków chemicznych, które mogą występować w formie ciekłych kryształów. Jednak mimo wieloletnich badań wciąż nie wszystko o nich wiadomo. Uczeni nie wiedzą na przykład, jaki wpływ ma dipol kryształu na temperaturę, w której staje się on zwykłym płynem. Dominująca teoria mówi, że im silniejszy dipol tym wyższa temperatura przejścia w stan płynny. Kaszyński i Ringstrand, dzięki sposobowi, w jaki syntetyzowali swoje kryształy, mogli sprawdzić tę teorię. Utworzyli pary ciekłych kryształów o takiej samej geometrii ale różnych dipolach i mierzyli ich temperatury przejścia w zwykły płyn. Odkryli, że większy wpływ na temperaturę mają subtelne różnice w strukturze kryształów niż siła ich dipoli. Nowe kryształy są wyjątkowe także i pod tym względem, że zawierają amfijony czyli jony obojniacze. Kaszyński samego początku pracy na Vanderbilt University, a więc od 1993 roku, próbował stworzyć amfijonowe ciekłe kryształy. Mógł tego dokonać dopiero teraz, korzystając z odkrytego w 2002 roku przez niemieckich uczonych procesu chemicznego, który to umożliwił.

Amerykańscy uczeni dowiedli, że serce można stymulować nie tylko impulsami elektrycznymi, ale również światłem. Odkrycie może doprowadzić do pojawienia się laserowych rozruszników serca, nowej klasy urządzeń medycznych oraz pozwoli na przeprowadzenie niedostępnych dotychczas badań. Naukowcy z Case Western Reserve University oraz Vanderbilt University wykorzystali laser działający w podczerwieni, do regulowania rytmu serca kilkudniowego embrionu przepiórki. Mogli dzięki niemu przyspieszać i zwalniać puls, regulując w ten sposób siłę, z jaką krew uderza o mięsień. Metoda ta przyda się do sprawdzenia, w jaki sposób różny rytm serca może wpłynąć na pojawienie się w przyszłości chorób serca. Już wcześniejsze badania wykazały, że mięsień sercowy jest wrażliwy na różne tempo przepływu krwi, co znajduje swoje odbicie odpowiedzi genetycznej i molekularnej. Wykorzystanie lasera otwiera przed badaczami możliwości, których nie dają tradycyjne rozruszniki. "Gdy przykładam do tkanki napięcie elektryczne, prąd rozchodzi się wszędzie i stymulowany jest znacznie większy region. Tutaj możemy skoncentrować promień i, teoretycznie, stymulować nawet pojedynczą komórkę" - mówi Michael Jenkins z Case Western. Użycie lasera ma i tę zaletę, że nie niszczy komórek. Wykorzystanie prądu często prowadzi co zniszczenia części z nich, co wprowadza do eksperymentów niepożądane zmienne. Być może w przyszłości powstaną laserowe rozruszniki serca. Jednak zanim to się stanie, naukowcy muszą zbadać, co powoduje, że światło wpływa na działanie serca. Jedna z teorii mówi, że fotony są absorbowane przez molekuły wody, co prowadzi do lokalnego wzrostu temperatury. To z kolei wpływa na transport sodu przez błony komórkowe i wolniejsze lub szybsze skurcze. Teoria ta jest tym bardziej prawdopodobna, że niedawno uczeni z Vanderbilt University wykazali, iż za pomocą lasera można wywołać impulsy elektryczne w obwodowym układzie nerwowym. Światło wykorzystuje się do stymulacji komórek od niedługiego czasu. Jednak obecnie wykorzystywane techniki zakładają wprowadzenie do komórek genów z bakterii wrażliwych na działanie światła. Użycie lasera, a zatem stymulacja za pomocą molekuł wody a nie bakteryjnego DNA, jest znacznie prostszą techniką. Jednak, jak zauważa Loren Frank, profesor fizjologii z University of California z San Francisco, laser ma swoje ograniczenia. Może być użyty tylko tam, gdzie komórki odpowiadają na zmiany temperatury oraz gdzie dominuje jeden typ komórek. Laser, zdaniem Franka, nie sprawdzi się zatem przy stymulowaniu komórek mózgu. Jednak świetnie powinien spisać się w stymulacji serca. Chociażby dlatego, że krzemowe i szklane elementy laserów są znacznie bardziej obojętne dla komórek niż elementy metalowe, wykorzystywane w tradycyjnych rozrusznikach. Ponadto pacjenci z laserowymi rozrusznikami mogliby bezpiecznie korzystać z rezonansu magnetycznego. Ponadto, jak zauważył profesor E. Duco Jensen, problem z pobudzaniem komórek mózgu można częściowo obejść, badając odpowiedzi nerwów znajdujących się poza mózgiem.

Choć wydaje się, że nauka i literatura wzajemnie się wykluczają, bo ta druga za bardzo buja w obłokach, wcale nie musi tak być. Dlatego też pewien naukowiec uznał, że pisarstwo pomoże mu rozpowszechnić i rozbudować własne teorie. Przez pięć lat opowiadania Roberta Scherrera, astrofizyka z Vanderbilt University, ukazywały się w miesięczniku Analog Science Fiction and Fact oraz wychodzącym raz na pół roku piśmie Paradox i cieszyły się sporą popularnością. Istnieją pewne podobieństwa między teoretyczną fizyką i science fiction. Do obu odnoszę się jak do zdyscyplinowanego marzenia... Nie można po prostu wymyślać czegokolwiek, trzeba się trzymać określonych granic. Wiadomo, że w fizyce trzeba się trzymać praw fizycznych, ale pisarstwo science fiction ma swoje własne zasady. To niepowtarzalna szansa na to, by zobaczyć, jak coś zadziała w ekstremalnych warunkach.