Znajdź zawartość

W odpowiednich warunkach woda może stać się metalem, a następnie izolatorem, stwierdzili uczeni z Cornell University. W PNAS ukazał się artykuł, w którym Neil Ashcroft, Roald Hoffmann i Andreas Hermann opisują wyniki swoich teoretycznych obliczeń. Wynika z nich, że przy ciśnieniu rzędu 1-5 terapaskali woda tworzy stabilne struktury. Mimo, że ciśnienie takie jest dziesiątki milionów razy większe od ciśnienia ziemskiego, istnienie wody w takim stanie nie jest wykluczone. Wręcz przeciwnie, może ona powszechnie występować nawet w naszym Układzie Słonecznym. Tak olbrzymie ciśnienie może panować wewnątrz Urana. Z wyliczeń uczonych wynika, że powyżej 1 terapaskala poszczególne molekuły wody przestają istnieć, a H2O zostaje ściśnięta tworząc siatkę połączeń tlenu i wodoru, która przyjmuje najróżniejsze kształty. Już wcześniej obliczano, że przy ciśnieniu 1,55 TPa woda staje się metalem i ma najbardziej stabilną strukturę. Naukowcy z Cornell poszli dalej i udało im się wyliczyć, że najbardziej stabilna jest woda przy ciśnieniu wyższym od 4,8 TPa. Wówczas jednak traci ona właściwości metalu i staje się izolatorem. Jak zauważa profesor Ashcroft, najbardziej niezwykłym wnioskiem wypływającym z obliczeń jest odkrycie, że olbrzymie ciśnienie powoduje, iż woda przestaje być ciałem stałym i w pewnym momencie zamienia się w kwantową ciecz. Trudno jest to sobie wyobrazić - topienie lodu pod wpływem podwyższonego ciśnienia - stwierdził naukowiec.

Gdy okazało się, że nie ma sposobu na to, by przekonać cierpiące na niedobory żelaza kobiety żyjące w głębi kambodżańskiej dżungli, żeby wrzuciły podczas gotowania do garnka garść opiłków żelaza, Chris Charles z University of Guelph wpadł na genialny w swej prostocie pomysł. Nadał żelazu postać rybki z lokalnej rzeki, która wg tutejszych mieszkańców, przynosi szczęście. Podczas pobytu w Azji młody Kanadyjczyk współpracował z dwoma naukowcami z kambodżańskiego oddziału International Development Research Centre (IDRC). Ponieważ zespół obcował z najbiedniejszymi z biednych, których nie było stać na czerwone mięso, suplementy żelaza czy zamianę garnków na żelazne, trzeba było zorganizować burzę mózgów. Wiadomo było, że garść ohydnego metalu się nie sprawdzi, musieliśmy więc zaproponować coś bardziej atrakcyjnego. Stanęliśmy przed wyzwaniem z zakresu marketingu społecznego. Żelazne kółko nie spodobało się kobietom, podobnie zresztą jak kwiat lotosu. Strzałem w dziesiątkę okazała się dopiero rybka z lokalnej rzeki. Panie chętnie wrzucały ją do garnków i w następnych miesiącach poziom żelaza u mieszkańców wioski zaczął się podnosić, odganiając widmo anemii. Rybki mają od 7,5 do 10 cm. Są więc na tyle małe, by nie przeszkadzały w mieszaniu potrawy, a jednocześnie na tyle duże, by zaspokoić ok. 75% dziennego zapotrzebowania na żelazo. Kanadyjczycy znaleźli rzemieślnika, który wykonuje rybkę za 1,5 dolara. Z dotychczasowych doświadczeń wynika, że pojedyncza sztuka może posłużyć nawet przez 3 lata. Prosty pomysł pomógł nie tylko Kambodżanom. Dzięki niemu Charles zostanie wkrótce doktorem. Nauczył się też pobierać krew od osoby siedzącej w chybotliwym kanu i zaraził się dengą. A wszystko zaczęło się od niewinnego wyjazdu wakacyjnego...

Uczeni z University of California Irvine, HRL Laboratories i California Institute of Technology stworzyli najlżejszy materiał na świecie. Jego waga wynosi zaledwie 0,9 miligrama na centymetr sześcienny. Nowy materiał w 99,99% składa się z powietrza. Cały trick polega na stworzeniu kratownicy z połączonych tub, których grubość ścian jest 1000-krotnie mniejsza niż grubość ludzkiego włosa - mówi główny autor badań, doktor Tobias Schaedler z HRL. Nowy materiał, stworzony z metalu, charakteryzuje się niezwykłymi właściwościami. Powraca on do pierwotnej formy po kompresji przekraczającej 50% i absorbuje bardzo dużo energii. Materiał, który powstał na zamówienie DARPA (Defense Advanced Research Project Agency - Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych), może w przyszłości posłużyć do budowy baterii czy osłon do absorpcji energii dźwięku, wibracji czy uderzeń.

Zespół z singapurskiego Instytutu Badań Materiałowych i Inżynierii, Uniwersytetu w Cambridge oraz południowokoreańskiego Uniwersytetu Sungkyunkwan stworzył najcieńsze metalowe ścieżki. Są one tak niewielkie, że można zobaczyć je tylko za pomocą mikroskopu elektronowego. Ścieżki pomogą w dalszej miniaturyzacji urządzeń elektronicznych. Do ich stworzenia wykorzystano materiał składający się z elementów metalicznych i organicznych, połączonych za pomocą elektronolitografii. Wspomniane ścieżki mają szerokość zaledwie 7 nanometrów, a różnice w grubości wynoszą maksymalnie 2,9 nanometra. Tymczasem zakładano, że dokładność wykonania ścieżek wyniesie w bieżącym roku 3,2 nanometra, a w przyszłym - 2,8 nm.

Naukowcy z North Carolina State University opracowali niezwykły materiał, który już niedługo może znaleźć zastosowanie m.in. w ortopedii. Substancją tą jest spieniona forma metalu, która może posłużyć jako element spajający kości lub ułatwiający związanie się implantów z tkanką kostną. Jak twierdzą autorzy wynalazku, jego główną zaletą jest biokompatybilność (tzn. możliwość umieszczania go w obrębie żywej tkanki bez wywoływania nadmiernej reakcji immunologicznej) oraz niska gęstość, nieprzekraczająca tej charakterystycznej dla aluminium. Ważne są także korzystne właściwości mechaniczne, takie jak zdolność do absorpcji drgań oraz elastyczność porównywalna z naturalną tkanką kostną. Równie niezwykły, co porowata forma nowego materiału, jest jego skład chemiczny. Oprócz pianki złożonej w 100% ze stali badacze opracowali bowiem dość rzadko spotykaną w tradycyjnych konstrukcjach mieszankę stali i aluminium. Jednocześnie, jak zaznaczają autorzy, liczne przestrzenie obecne w implancie pozwalają na jego infiltrację przez elementy żywej tkanki, ułatwiając tym samym jego umocowanie w organizmie i wzmacniając jego integrację ze strukturami ożywionymi. Jak ocenia szef zespołu pracującego nad udoskonaleniem metalicznej pianki, dr Afsaneh Rabiei, ma ona sporą szansę wyprzeć tytan z pozycji najlepszego materiału do produkcji wielu rodzajów implantów. Zdaniem badacza kluczową cechą nowego wynalazku jest jego stosunkowo wysoka elastyczność, trzykrotnie większa niż w przypadku tytanu i jednocześnie zbliżona do wartości charakterystycznych dla tkanki kostnej. Jest to niezwykle ważne, gdyż ogromna sztywność implantów tytanowych sprzyja przyjmowaniu przez nie zbyt wielkich obciążeń, przez co na styku z metalowym ciałem obcym w wielu przypadkach dochodzi do obumierania komórek tkanki kostnej. Ostateczne zatwierdzenie metalicznej pianki do zastosowania klinicznego będzie jednak wymagało dalszych testów.

Poszukiwanie złóż metali czy minerałów często bywa czasochłonnym i kosztownym zadaniem. Odkrywanie złota stanie się jednak łatwiejsze dzięki zmodyfikowanym genetycznie bakteriom Cupriavidus metallidurans, dla których pierwiastek ten jest szkodliwy, dlatego wydzielają go w czystej metalicznej postaci (Proceedings of the National Academy of Sciences). Frank Reith z Uniwersytetu w Adelajdzie zauważył, że złoto w formie rozpuszczonej (kationów) jest dla C. metallidurans toksyczne. Kiedy zostanie pobrane ze środowiska, tworzy związki zawierające siarkę, które blokują działanie enzymów bakteryjnych. W takiej sytuacji mikroorganizm jest zmuszony do uruchomienia genów odtruwających. Odpowiadają one za wytworzenie enzymów przekształcających złoto rozpuszczone w nieszkodliwe cząsteczki metalicznego złota. Australijczyk i jego amerykański współpracownik Gregor Grass z University of Nebraska uzyskali zmodyfikowaną genetycznie wersję C. metallidurans. Kiedy mikroby te wchodzą w kontakt ze złotem, emitują błyski światła, które można wykryć za pomocą przenośnego fotometru – tłumaczy Grass. By sprawdzić, czy w danym rejonie występuje złoto, wystarczy po prostu pobrać próbkę gleby i zmieszać ją z bakteriami.

Guo i Vorobyev, którzy badając wpływ oddziaływania lasera femtosekundowego na różne metale znacząco ulepszyli żarnik tradycyjnej żarówki, informują o kolejnym ważnym odkryciu. Tym razem udało im się tak zmienić powierzchnię metalu, że znacząco wzmocnili zjawiska kapilarne zachodzące na styku woda-metal. Ich prace mogą pomóc w produkcji wykorzystujących ciecz systemów chłodzących układy scalone. Możemy zmienić strukturę powierzchni niemal każdego metalu tak, że jesteśmy w stanie kontrolować sposób, w jaki reaguje on z przepływającym płynem. Możemy kontrolować kierunek tego przepływu i zdecydować, czy w ogóle płyn ma się przemieszczać - mówi Chunlei Guo. Wraz z Anatoliyem Vorobyevem jest on w stanie stworzyć taką powierzchnię, która spowoduje, iż dzięki zjawiskom kapilarnym płyn będzie przemieszczał się z prędkością 1 centymetra na sekundę. Przy wielkościach liczonych w skali nano molekuły metalu oddziałują na molekuły wody silniej, niż inne molekuły wody. To pozwala na przepływ. Stworzenie za pomocą lasera odpowiednich kanałów na powierzchni metalu umożliwia sterowanie tym przepływem. Na udostępnionym filmie możemy zobaczyć, jak woda błyskawicznie "wspina się" po powierzchni metalu.

Ile smaków podstawowych może wykryć język ssaka? Zwykle mówi się o czterech (słodki, gorzki, kwaśny i słony), niektórzy pamiętają też o smaku umami, charakterystycznym m.in. dla glutaminianu sodu. Okazuje się jednak, że na tym nie koniec, gdyż język myszy (a być może także ludzi) najprawdopodobniej posiada także wyspecjalizowane receptory odpowiedzialne za wykrywanie smaku niektórych metali. Autorami odkrycia są badacze pracujący dla firmy Nestlé. Jak tłumaczy jeden z nich, Johannes le Coutre, niemożliwe byłoby opisanie wszystkich różnic pomiędzy rosołem i zupą z owoców morza za pomocą zaledwie czterech smaków. Właśnie dlatego uruchomiono serię testów, których celem było zidentyfikowanie źródła wrażeń smakowych wywoływanych przez kilka pospolitych metali. Smak metalu jest w rzeczywistości połączeniem smaku słodkiego i ostrego (będącego w rzeczywistości wrażeniem bólowym) oraz działania innego, nieznanego jeszcze receptora lub grupy receptorów. Ta wyrafinowana współpraca kubków smakowych pozwala na wykrycie w wodzie soli m.in. żelaza, cynku, miedzi, żelaza oraz kilku innych metali. Eksperyment, który doprowadził do odkrycia, przeprowadzono na myszach. Dostarczano im wodę o różnym składzie i badano ich preferencje. Wykazano w ten sposób, że gryzonie wybierają wodę o niskiej zawartości żelaza i cynku chętniej od wody destylowanej, lecz wysokie stężenie tych samych substancji było dla nich odrzucające. Zwierzęta reagowały niechętnie także na każde stężenie siarczanów magnezu oraz miedzi. Kolejną serię testów przeprowadzono na myszach zmodyfikowanych genetycznie. Gryzonie, z których genomów usunięto gen kodujący białko TRPM5, odpowiedzialne za detekcję smaku słodkiego, gorzkiego oraz umami, lub sekwencję T1R3, umożliwiającą wykrywanie smaku słodkiego lub umami, wykazywały silną niechęć do wody zawierającej sole żelaza oraz cynku. W tym samym czasie powracał im jednak... apetyt na magnez oraz miedź. Ostatni test przeprowadzono na myszach pozbawionych genu TRPV1, biorącego udział w odczuwaniu bólu związanego ze spożywaniem pikantnych przypraw. W tym przypadku zwierzęta akceptowały wodę zawierającą miedź oraz wysokie stężenia żelaza. Jednoznacznie wskazuje to na udział opisywanych protein w detekcji jonów metali w roztworach wodnych, lecz najprawdopodobniej nie działają one samodzielnie. Jakie jeszcze receptory biorą udział w tym procesie? Tego obecnie nie wie nikt.

Naukowcy wiedzą, że pod wpływem odpowiednio wysokiego ciśnienia, wszystkie pierwiastki nabierają cech metalicznych. Teraz profesorowie Artem Oganov ze Stony Brook University i Yanming Ma z Jilin University udowodnili, że pod wpływem ciśnienia metaliczny sód nabiera niezwykłych właściwości. Okazało się, że ten niezwykle biały metal, gdy zostanie poddany działaniu wysokiego ciśnienia staje się najpierw czarny, następnie (przy ciśnieniu 2,2 milionów atmosfer) jest czerwony i przezroczysty, a w wyższym ciśnieniu traci barwę i jest całkowicie przezroczysty. To pomoże nam zrozumieć właściwości bardzo mocno ściśniętej materii, takiej jak ta w gwiazdach czy w olbrzymich planetach - mówi Oganov. Profesor Ma już wcześniej teoretycznie wyliczył, że ciśnienie spowoduje, iż sód przybierze niezwykłą strukturę krystaliczną i stanie się izolatorem. Z jego kalkulacji wynikało, że zewnętrzne elektrony atomów sodu zostaną wciśnięte w przestrzeń pomiędzy atomami, spowodują, iż materiał utraci właściwości metaliczne i będą zachowywały się jak "fałszywe atomy". Oganov i Ma skontaktowali się z Instytutem Maxa Plancka z prośbą o pomoc w przeprowadzeniu eksperymentu. Tamtejsi naukowcy bardzo sceptycznie podeszli do wyliczeń Ma, jednak zachęciło ich wyzwanie, jakim było osiągnięcie ciśnienia powyżej 2 milionów atmosfer. Udało się nie tylko wykazać, że obliczenia Ma były prawidłowe, ale również, co bardzo wszystkich ucieszyło, dowieść, iż w laboratorium można osiągnąć ciśnienie około 3 Mbar.

Energiczne potrząsanie głową podczas koncertu rockowego czy metalowego może prowadzić do łagodnego wstrząsu mózgu i urazów szyi. Andrew McIntosh, profesor biomechaniki z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii, postanowił zbadać tę kwestię, obserwując stan zagubienia i dezorientacji u rozbawionej publiki (British Medical Journal). Ryzyko wystąpienia urazu staje się coraz większe, gdy wzmaga się tempo muzyki oraz rośnie kąt ruchów głową. Po zakończeniu obserwacji uczestników koncertów heavymetalowych McIntosh i jego współpracownik Declan Patton opracowali model teoretyczny rozważanego zachowania, by lepiej zrozumieć jego mechanikę. Zorganizowali też grupę fokusową dla znajomych muzyków, którzy wskazali popularne utwory do "trzepania piórami". Okazało się, że miały one średnie tempo 146 uderzeń na minutę, a przy tej prędkości potrząsanie spowoduje ból głowy i zawroty, jeśli zakres ruchów głowy i szyi będzie większy od 75°. Podczas oceny zagrożenia urazem mózgu utwory metalowe porównywano ze spokojnymi balladami w rodzaju I will always love you Whitney Houston. Niestety, podejścia, by zebrać przypadki kontrolne trzepania na imprezach związanych z innymi gatunkami muzycznymi, np. klasyką, zakończyły się niepowodzeniem. Członkowie australijskiego zespołu wybrali się na kilka koncertów, m.in. Ozzy'ego Osbourne'a i Motorhead. Dzięki temu chcieli poznać najpopularniejsze techniki potrząsania.

Specjaliści z GE opracowali technologię, dzięki której metale zyskują właściwości superhydrofobowe. Oznacza to, że woda nie rozlewa się po powierzchni metalu i nie przywiera do niego, ale tworzy krople. Przed dwoma laty inżynierowie GE pokazali, że po potraktowaniu odpowiednimi chemikaliami Lexanu, tworzywa sztucznego używanego np. do produkcji CD czy lamp w samochodach, woda do niego nie przylega. Od tamtej pory powstało sporo materiałów odznaczających się superhydrofobowymi właściwościami, jednak były to przede wszystkim tworzywa sztuczne. Teraz po raz pierwszy wykazano, że woda może nie przywierać do metali. Nowa technika może mieć bardzo szerokie zastosowanie. Niejednokrotnie dochodziło do katastrof lotniczych spowodowanych osadzaniem się lodu na silnikach. Używane w czasie lotu instalacje odmrażania wymagają sporo mocy, a pozbywanie się lodu na lotnisku jest pracochłonne i wymaga zastosowania toksycznych chemikaliów. Stworzenie silników, na których nie osadzałby się lód rozwiąże problem. Kolejnym obszarem, w którym można zastosować technikę GE są turbiny gazowe. Jeśli będzie się na nich osadzało mniej wody, to wzrośnie ich wydajność, a jednocześnie spadnie liczba przestojów koniecznych do przeprowadzenie konserwacji. GE nie chce ujawniać szczegółów swojej technologii. Wiadomo jedynie, że ma ona coś wspólnego z liśćmi lotosu, które pokryte są mikroskopijną krystaliczną strukturą wosku, dzięki której osadzająca się na nich woda pozostaje w formie niemal idealnych kul. Eksperci zdradzają jedynie, że testują dwa różne podejścia. Pierwsze zakłada stworzenie odpowiedniej mikrotekstury na powierzchni metalu i pokrycie jej środkami chemicznymi odpychającymi wodę. Drugie pozostawia metal nietkniętym, a mikrotekstura tworzona jest na samym chemicznym pokryciu. Technika jest niezależna od rodzaju metalu. Oba wspomniane podejścia mają zalety. Pierwszego, czyli tworzenia tekstury w samym metalu, można użyć tam, gdzie metal poddany jest większym obciążeniom, które doprowadzą do szybkiego ścierania się warstwy chemikaliów. Wówczas wystarczy po prostu nałożyć kolejną warstwę i nie trzeba już z nią nic robić. Z kolei drugą technikę można będzie zastosować tam, gdzie nakładanie warstwy chemikaliów i tworzenie na niej mikrostruktury jest łatwiejsze i tańsze, niż robienie tego w metalu.

Lekarze ze szpitala w Trujillo w Peru uratowali życie 38-latkowi, który połknął 17 metalowych przedmiotów, w tym gwoździe, sworznie, drut kolczasty, nóż i sprzączkę od zegarka. W zeszłym tygodniu Luis Zarate został przez rodzinę przywieziony do centrum medycznego z silnym bólem brzucha. Prześwietlenie klatki piersiowej wykazało, że w żołądku i okrężnicy znajduje się sporo rozciągających tkanki metalowych elementów. Jednym z chirurgów, który przeprowadził operację, był dr Julio Acevedo. Lekarz wyjaśnił, że pacjent jest chory psychicznie, ale dokładnie nie wiadomo, jakie jest podłoże jego nietypowego zachowania. Być może jest to pica (łaknienie spaczone), czyli nawykowe zjadanie substancji niejadalnych.

Platynowy, srebrny, złoty... nazwy tych kolorów mogą stać się równie egzotyczne co fokstrot, cyklamen czy ugier. To sprawka naukowców z Institute of Optics w University of Rochester, którzy znaleźli sposób by nadać niemal dowolny kolor dowolnym metalom, bez używania jakichkolwiek barwników. Metoda, opracowana przez prowadzącego badania Chunlei Guo, wykorzystuje światlo lasera do zmiany właściwości powierzchni metalu. Jeszcze rok temu techniką tą udawało się zabarwić metal na głęboką czerń. Obecnie paleta barw jest znacznie bogatsza. Do dyspozycji mamy m.in. złote aluminium i platynę czy niebieski tytan. Równie dobre efekty uzyskano podczas prób z wolframem, srebrem oraz złotem. Aby laser mógł zmienić kolor metalu, musi oświetlić go niezwykle krótkim, trwającym femtosekundy (1 fs = 10-15 s), impulsem światła. Jednocześnie jest to światło bardzo intensywne, o mocy porównywalnej z produkowaną w całej sieci energetycznej Ameryki Północnej. W ten sposób na powierzchn metalu powstają struktury, które odbijają jedną lub kilka długości fal światła. Zmianę koloru uzyskuje się przez odpowiednie dobranie czasu trwania, mocy oraz liczby impulsów. Naukowcom udało się także uzyskać efekt opalizowania barw, jednak wymaga on dość skomplikowanych przygotowań, m.in. pokrycia powierzchni mikroskopijnymi liniami. Już teraz "pomalowanie" metalu laserem ma ważne zalety: kolory nie blakną i nie ma farby, która mogłaby się złuszczać. Co więcej, do uzyskania różnych kolorów wykorzystywany jest ten sam laser. To spore ułatwienie dla projektantów linii technologicznych. Obecnie "malowanie" kawałka metalu o rozmiarach monety twa około 30 minut. Twórcy opisywanej metody pracują teraz nad przyspieszeniem procesu oraz nad dobraniem parametrów potrzebnych do uzyskania niedostępnych jeszcze kolorów.

Naukowiec i projektantka mody z USA skorzystali ze zdobyczy nanotechnologii i stworzyli ubrania, które niszczą wirusy, m.in. grypy, oraz oczyszczają powietrze. Eliminowane są więc zarówno czynniki biologiczne, jak i chemiczne. Dr Juan Hinestroza, inżynier chemik z Cornell University, współpracował z designerką Olivią Ong, która chciała uczynić z nanocząsteczek element swojej najnowszej linii ubrań. Projektantka twierdzi, że zainspirował ją smog unoszący się nad Los Angeles. Jest dużo zanieczyszczeń, dlatego pomyślałam, że można by połączyć technologię i ubrania, żeby im jakoś zapobiegać. Hinestroza zaprojektował osobisty układ oczyszczania powietrza. Zaprzągł do pracy cząsteczki metali, które są znacznie mniejsze od przekroju ludzkiego włosa. Przylegają one do materiału i potrafią zabijać konkretne wirusy i bakterie. Niektóre ubrania pokryto dodatkowo nanocząsteczkami odbijającymi fale świetlne o określonej długości, dzięki czemu uzyskiwany jest kolor. Teraz chemik pracuje nad ulepszeniem swojego wynalazku. Chciałby m.in., by nanocząstki mogły się przemieszczać po powierzchni tkaniny. Wtedy udałoby się uzyskać wrażenie zmieniającej się barwy. W takiej sytuacji mógłbyś pójść do biura w niebieskiej koszuli, a gdybyś nie chciał wracać do domu przed wieczornym przyjęciem, wszedłbyś po prostu w obszar oddziaływania pola elektrycznego [które poprzesuwałoby cząsteczki] i ciuch stałby się czarny. Na razie sprzedaż nowoczesnego materiału jest kwestią odległej przyszłości, ponieważ jego skrawek (0,84 m2) kosztuje 10 tysięcy dolarów.