Znajdź zawartość

Naukowcy ze szwedzkiego Instytutu Technologii zauważyli, że po dodaniu do wody niewielkiej ilości nanocząstek, zdolność płynu do przewodzenia ciepła zwiększyła się aż o 60%. To niezwykle ważne odkrycie, które pozwoli np. na znaczne oszczędności energii zużywanej obecnie do chłodzenia potężnych farm serwerowych. Na razie testy wykazały, że najlepiej sprawują się nanocząstki tlenków metali, takich jak cynk czy miedź. Używamy nanopłynów, czyli płynów zawierających nanocząstki rozprowadzone w taki sposób, by zwiększyć zdolność płynu do przewodzenia ciepła - powiedział reporterom CNN Mamoud Muhammed. Ograniczenie zużycia energii przez farmy serwerowe staje się coraz bardziej palącą potrzebą. Pozwoli to bowiem nie tylko zmniejszyć koszty ich utrzymania, ale również ograniczyć emisję szkodliwych substancji do atmosfery. Firma analityczna Gartner ocenia, że centra bazodanowe są odpowiedzialne za około 0,5% światowej emisji węgla do atmosfery. To mniej więcej tyle, ile emituje przemysł lotniczy. Ilość ta bardzo szybko rośnie. Aby zachęcić firmy do korzystania z chłodzenia za pomocą nanopłynów, trzeba wykazać im konkretne korzyści finansowe. Podstawowe pytanie brzmi zatem, czy nanopłyny można wykorzystać używając standardowych technik chłodzenia. Muhammed zapewnia, że tak. Większość eksperymentów została przeprowadzona właśnie za pomocą konwencjonalnych wymienników ciepła stosowanych do chłodzenia elektroniki. W ten sposób udaje się osiągnąć oszczędności rzędu 10-15 procent. Można jednak zaoszczędzić 30 do 40 procent, korzystając ze specjalnie zaprojektowanych urządzeń - mówi Muhammed. To przekłada się na kolosalne kwoty. Wielkie firmy, takie jak Google, mają farmy składające się z dziesiątków czy setek tysięcy serwerów. Nowy typ chłodzenia może zostać skomercjalizowany w ciągu 3-7 lat, wszystko zależy od tego, jak szybko uda się znaleźć idealną koncentrację nanocząsteczek w wodzie oraz przekonać inwestorów do tego pomysłu. Gdy już trafi ono na rynek, to każdy koncern będzie mógł zaoszczędzić, jak twierdzi Muhammed, co najmniej 50 dolarów rocznie na kosztach energii dostarczanej do pojedynczego urządzenia.

Naukowcy z Purdue University stworzyli magnetyczny ferropapier, który może zostać wykorzystany np. do budowy miniaturowych silników dla narzędzi chirurgicznych, niewielkich nożyczek do cięcia komórek czy niezwykle małych głośników. Materiał otrzymano dzięki zaimpregnowaniu zwykłego papieru - w tej roli można użyć nawet papieru gazetowego - w mieszaninie oleju mineralnego i magnetycznych nanocząstek z tlenku żelaza. Tak zaimpregnowany papier może być poruszany za pomocą pola magnetycznego. Następnie pokrywa się go warstwą biokompatybilnego tworzywa sztucznego. Chroni ono papier przed wilgocią, a impregnat przed wyparowaniem. Ponadto zwiększa wytrzymałość, elastyczność i sztywność papieru. Papier jest porowaty, a więc można na nim umieścić wiele nanocząstek. Jest jednocześnie miękki, a zatem nie uszkodzi komórek czy tkanek, przyda się więc do przeprowadzania mało inwazyjnych zabiegów. Ponadto jest tani. Jak zapewnia twórca ferropapieru, profesor Babak Ziaie, jego produkcja nie wymaga dostępu do specjalistycznego laboratorium, więc można go wykorzystywać w szkołach i na uczelniach podczas zajęć z robotyki czy mechaniki. Co więcej, do produkcji ferropapieru szczególnie dobrze nadają się najtańsze gatunki papieru, jak np. gazetowy, gdyż charakteryzują się one dużą porowatością. Szczegóły produkcji oraz właściwości ferropapieru zostaną omówione podczas 23. międzynarodowej konferencji IEEE na temat systemów mikroelektromechanicznych, która odbędzie się w Hongkongu pod koniec bieżącego miesiąca.

Niewielkie "plecaki" przytwierdzające się samodzielnie do komórek zostały opracowane przez specjalistów z MIT. Ich zdaniem, tego typu struktury mogą pewnego dnia stać się ważnym narzędziem diagnostycznym i terapeutycznym. Struktury, o których mowa, to w rzeczywistości polimerowe kieszonki zbudowane z trzech warstw o różnych właściwościach. Dolna, syntetyzowana jako pierwsza, służy do przymocowania "plecaka" do podłoża. Środkowa uszczelnia pęcherzyk i pozwala przechowywać w nim różnego rodzaju substancje, zaś warstwa górna, wytwarzana jako ostatnia, pozwala na przyłączenie się naczynia do powierzchni komórki. Gdy produkcja pęcherzyka jest zakończona, do naczynia wpuszcza się komórki (np. limfocyty). Niemal natychmiast wiążą się one z "plecakami" i tym samym przywierają do dna naczynia. W tym momencie wystarczy nieznacznie obniżyć temperaturę otoczenia, by dolna warstwa rozpuściła się i uwolniła komórkę z przyczepionym pęcherzykiem. Aby sprawdzić siłę wiązania naczynka z powierzchnią komórki, przeprowadzono prosty test. Pęcherzyki zostały wypełnione nanocząstkami reagującymi na pole magnetyczne, a następnie, po oderwaniu komórek od dna, przyłożono do naczynia hodowlanego magnes. Efekt eksperymentu przedstawia film: Mauro Ferrari, dyrektor wydziału medycyny Uniwersytetu Teksańskiego niezwiązany z badaniami, zauważa istotną cechę opracowanej technologii: zwykle cząsteczki połączone z powierzchnią komórki są wchłaniane w ciągu kilku sekund. Fakt, że ten wynalazek zostaje tam na dłużej, jest godny uwagi. Zdaniem Michaela Rubnera, jednego z autorów "plecaków", ten proces umożliwia zastosowanie wielu różnych rodzajów ładunku. Badacz twierdzi, że technologia pozwala na zastosowanie wielu związków, nawet tych toksycznych, i szczelne zamknięcie ich wewnątrz pęcherzyka. Stwarza to, przynajmniej teoretyczne, wspaniałe możliwości dostarczania bardzo silnych toksyn do zmienionych chorobowo tkanek. Dotychczas nie przeprowadzono testów oceniających przeżywalność komórek oraz ich zachowanie w żywym organizmie. Istnieje np. ryzyko, że będą one "gubiły" swój ładunek albo przestaną się mieścić w wąskich szczelinach w obrębie układu krwionośnego. Zdaniem Rubnera dotychczasowe testy nie dostarczają niepokojących informacji, a budowa "plecaczków" nie powinna utrudniać naturalnego sposobu poruszania się komórek. Mimo to, jak podkreśla, prawdziwym sprawdzianem technologii będą testy na zwierzętach. Aby ułatwić badania nad zachowaniem "plecaków" w organizmie żywym (i jednocześnie sprawdzić ich przydatność w procedurach diagnostycznych), badacze planują wykorzystanie jednego z dwóch rodzajów ładunku. Mogą to być albo nanocząsteczki reagujące na pole magnetyczne, które mogłyby być wykrywane za pomocą tomografii rezonansu magnetycznego, albo barwniki fluorescencyjne, których świecenie jest bardzo łatwe do wykrycia. Ostatecznym celem, jaki chcieliby osiągnąć badacze z MIT, jest "ulepszenie" komórek odpornościowych i wyposażenie ich w ładunek śmiertelny dla nowotworu. Komórki pacjenta mogłyby być pobrane z jego ciała, a następnie, po serii modyfikacji, podane z powrotem w celu zniszczenia guza. Nierozwiązanym problemem wydaje się być jednak brak kontroli nad uwalnianiem i otwieraniem pęcherzyków w określonych sytuacjach. To nowe podejście, opisuje swój mikroskopijny wynalazek Rubner. Można je wykorzystywać na bardzo wiele sposobów, a my mamy nadzieję, że ta elastyczność będzie mogła być wykorzystana w sposób naprawdę wartościowy dla społeczeństwa. Niestety, badacz zastrzega jednocześnie, że nim stanie się to możliwe, może minąć jeszcze trochę czasu.

Amerykański NIST (National Institute of Standards and Technology – Narodowy Instytut Standardów i Technologii) we współpracy z Narodowym Instytutem Raka opracował pierwszą w historii propozycję standardu dotyczącego nanocząsteczek. Nowemu standardowi mają podlegać nanocząsteczki złota. Perspektywy wykorzystania miniaturowych cząsteczek są niezwykle kuszące. Przeprowadzono już badania, które dają nadzieję, że w przyszłości nanocząsteczki będą w stanie niszczyć guzy nowotworowe bez szkody dla pacjenta. Naukowcy ostrzegają jednak, że brak standardów, dotyczących chociażby metod pomiaru toksyczności, może spowodować, iż nanocząsteczki przyniosą więcej szkody niż pożytku. Stąd konieczność wypracowania standardów, które np. upewnią nas, że badania prowadzone w różnych laboratoriach można ze sobą porównywać chociażby dlatego, iż używają one podobnych narzędzi i procedur. Opracowanie standardów jest też o tyle pilną sprawą, że badania nad nanocząsteczkami jest coraz łatwiej prowadzić. Laboratoria, które chcą się tym zajmować, nie muszą samodzielnie ich pozyskiwać. Ampułkę o pojemności 5 mililitrów zawierającą nanocząsteczki w roztworze koloidalnym można kupić już za 225 dolarów. Zgodnie ze standardem NIST do badań używane byłyby nanocząsteczki złota wielkości 10, 30 i 60 nanometrów. Ich wielkość miałaby być mierzona za pomocą jednej z sześciu metod, wśród których znajdziemy m.in. mikroskopię sił atomowych, transmisyjną mikroskopię elektronową czy skaningową mikroskopię elektronową. Zostaną też opracowane standardy dla metod pomiaru toksyczności. Badacze nanocząsteczek będą musieli zwracać uwagę m.in. na koncentrację złota, jonów chlorku, sodu i cytrynianów oraz na pH, przewodnictwo elektryczne i stabilność roztworu koloidalnego. Każda z próbek musi być też testowana pod kątem sterylności i występowania ednotoksyn. Do handlu będą mogły trafić tylko te nanocząsteczki, którym towarzyszy dokument zawierający opis wszystkich wymienionych elementów.

Badacze z Carnegie Mellon University (CMU) używają fluorescencyjnych nanocząsteczek do obrazowania guzów mózgu podczas biopsji i interwencji chirurgicznych. Nowa technologia jest na razie testowana na gryzoniach. Może być ona szczególnie pomocna przy precyzyjnym oznaczaniu glejaków, wyjątkowo agresywnych i często spotykanych guzów mózgu. Rokowania pacjentów z glejakami są bardzo złe. Średnio żyją oni mniej niż rok po postawieniu diagnozy. Częściowo dlatego, że glejaka jest trudno usunąć. Neurochirurdzy usuwając glejaki korzystają z obrazów uzyskanych przed operacją dzięki rezonansowi magnetycznemu (MRI). Mózg jednak ma konsystencję podobną do galarety i wycięcie jednego fragmentu powoduje, że reszta się przesuwa. Na obrazach MRI nie można więc polegać. Okazuje się, że w ponad połowie przypadków w mózgu pacjenta pozostają części guza. Pewnym rozwiązaniem jest wykonywanie MRI na bieżąco podczas operacji. Jednak sale operacyjne wyposażone w rezonans magnetyczny są bardzo drogie, a lekarze muszą używać specjalnych narzędzi, na które nie oddziałuje magnes urządzenia. Chemik Marcel Bruchez z CMU oraz Steven Toms, ordynator oddziału neurochirurgii w Geisinger Clinic wykorzystali nowatorski sposób precyzyjnego oznaczania glejaków. Stworzyli nanocząsteczki które, po pobudzeniu światłem widzialnym, emitują światło podczerwone. Promienie są wychwytywane przez małą kamerę i chirurg może obserwować je na ekranie. Rdzeń nanocząsteczek zbudowany jest z kadmu i tellurku, które są otoczone siarczkiem cynku, a całość zamknięta jest w polimerowej kapsule. Po wstrzyknięciu do krwioobiegu gryzonia nanocząsteczkami zajęły się makrofagi - komórki odpornościowe – które przetransportowały je do guza. Co ważne, nanocząsteczki nie trafiły do żadnego innego obszaru mózgu, skupiając się tylko w chorej tkance. W ten sposób została ona precyzyjnie oznaczona i podczas operacji lekarze będą na bieżąco widzieli jak przesunęła się chora tkanka po kolejnych nacięciach. Uczeni pracują teraz nad odpowiednimi urządzeniami, w które można wyposażyć sale operacyjne. Musi się wśród nich znaleźć kamera na podczerwień oraz odpowiednie filtry, które wyeliminują promieniowanie podczerwone z innych źródeł niż umieszczone w mózgu nanocząsteczki. Próbują też skonstruować wyposażoną w system optyczny igłę do biopsji. Za jej pomocą można by na bieżąco sprawdzać, czy jest jeszcze jakaś chora tkanka do wycięcia. Wenbin Lin, chemik z University of North Carolina zwraca uwagę, że stosowany w nanocząsteczkach kadm jest wysoce toksyczny. Bruchez odpowiada: martwi nas ten kadm, ale nanocząsteczki są tak zbudowane, że kadm nie może się z nich wydostać. Zastosowane polimery nie rozkładają się bowiem podczas normalnych procesów biologicznych. Mimo to naukowiec pracuje nad technologią, która pozwoli na zmniejszenie liczby koniecznych do zastosowania nanocząsteczek oraz nad zamknięciem ich w jeszcze bezpieczniejszym „pojemniku”.