Znajdź zawartość

Na North Carolina State Univeristy powstała nowa technika ochrony elektroniki przed promieniowaniem jonizującym. Jest ona tańsza od istniejących metod, a składnikiem, który zapewnił jej sukces jest... rdza. Dzięki naszej technice można albo zatrzymać tyle samo promieniowania co wcześniej, obniżając wagę osłon o 30% lub więcej, albo też zachować zachować wagę osłon, ale zatrzymać o co najmniej 30% więcej promieniowania, mówi współautor badań profesor Rob Hayes. Promieniowanie jonizujące może uszkodzić urządzenia elektroniczne lub powodować, że będą nieprawidłowo działały. Dlatego też elektronika narażona na takie promieniowanie, jak na przykład podzespoły pracujące w przestrzeni kosmicznej, jest chroniona specjalnymi osłonami. Waga jest bardzo ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu urządzeń mających trafić poza Ziemię. Najczęściej w formie osłon wykorzystuje się aluminium, będące kompromisem pomiędzy wagą a poziomem oferowanej ochrony. Nowa technika polega na wymieszaniu sproszkowanego tlenku metalu, rdzy, z polimerem i wyprodukowanie z tego osłony. Sproszkowany tlenek metalu zapewnia słabszą osłonę niż sproszkowany metal, jednak jest mniej toksyczny i nie ma tutaj obawy o to, że zaburzy pracę urządzenia, wyjaśnia Hayes. Obliczenia wskazują, że sproszkowany tlenek metalu zapewnia podobną ochronę co tradycyjne osłony. Przy promieniowaniu o niskiej energii proszek taki zmniejsza promieniowanie gamma 300-krotnie i zmniejsza nawet o 225% liczbę uszkodzeń spowodowanych przemieszczeniem atomów w sieci krystalicznej w wyniku kolizji z neutronami, wyjaśnia główny autor badań, Mike DeVanzo. Jednocześnie, jakie osłony są lżejsze. Symulacje komputerowe wskazują, że w najgorszym scenariuszu takie rozwiązanie absorbuje o 30% więcej promieniowania co tradycyjna osłona o tej samej wadze, dodaje Hayes. Dodatkowo materiał ten jest tańszy niż czysty metal. Z artykułem Ionizing radiation shielding properties of metal oxide impregnated conformal coatings można zapoznać się na łamach Radiation Physics and Chemistry. « powrót do artykułu

Dzięki grafenowym osłonom można uzyskać pod mikroskopem elektronowym precyzyjniejszy obraz bakterii. Widać je w naturalnych rozmiarach, wzrasta też rozdzielczość. Grafen tworzy warstwę o jednoatomowej grubości, jest nieprzepuszaczalny, optycznie przezroczysty, poza tym charakteryzuje go wysoka przewodność cieplna. Choć ma grubość zaledwie jednego atomu, nie przepuszcza nawet najdrobniejszych cząsteczek. Co więcej, jest wytrzymały i bardzo elastyczny, można mu więc nadać każdy kształt – wyjaśnia prof. Vikas Berry z Uniwersytetu Stanowego Kansas. Zespół Berry'ego zajmuje się badaniem grafenu już od 3 lat, jednak dopiero ostatnio naukowcy wpadli na pomysł wykorzystania tego nanomateriału w obrazowaniu komórek pod mikroskopem elektronowym. Wiązka elektronów może być w urządzeniu emitowana tylko w wysokiej próżni. Wytwarza się ją dzięki systemowi pomp. Prowadzi to jednak do usunięcia wody z komórek (zawierają jej od 70 do 80%) i obkurczenia. W rezultacie trudno uzyskać dokładny obraz komórki i jej składowych w stanie naturalnym. Gdy jednak bakterię lub inną komórkę otoczy się grafenową kapsułką, woda pozostaje na swoim miejscu. Grafen można "owinąć" wokół bakterii na dwa sposoby. Pierwsza metoda polega na ułożeniu na niej arkusza nanomateriału (naukowcy porównują to do przykrywania kocem czy pościelą). Druga polega na umieszczeniu komórki w roztworze, gdzie arkusze ją opatulają ze wszystkich stron. Obie techniki uwzględniają wykorzystanie białka, która nasila wiązanie arkuszy ze ścianą komórkową. Podczas eksperymentów po zapakowaniu w grafen bakterie nie zmieniały wielkości przez pół godziny, co dawało dużo czasu na badania. Ponieważ grafen jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności, odprowadza je poza powłokę, zapewniając klarowny obraz. Nieosłonięte komórki bakteryjne wydają się zaś pod mikroskopem elektronowym ciemne i nie da się odróżnić ich ścian. Berry ma nadzieję, że dzięki pomysłowi jego zespołu w przyszłości będzie można w czasie rzeczywistym obserwować biochemię bakterii. Łatwiej też będzie badać białka, które zachowują się inaczej, gdy są suche, a inaczej, kiedy znajdują się w roztworze wodnym.

Ryby zamieszkujące rafy koralowe, np. papugoryby lub wargaczowate, przed udaniem się na spoczynek przygotowują sobie śluzowy kokon. Zjawisko to od dawna przyciągało naukowców i innych obserwatorów morskiego życia, jednak dotąd funkcja takiej osłony pozostawała nieznana. Teraz Alexandra Grutter z University of Queensland wykazała, że chroni ona śpiące ryby przed natrętnymi pasożytami (Biology Letters). Wcześniej sądzono, że lepka substancja wydostająca się z pyska ryby ma chronić przed nocnymi drapieżnikami, np. murenami. Hipoteza ta się jednak nie sprawdziła, ponieważ sporo zawiniętych w ten sposób ryb i tak padało ich ofiarą. Australijczycy skupili się więc na rodzinie skorupiaków Gnathiidae. Dorosłe formy tych równonogów są związane z gąbkami i mogą się nie odżywiać, jednak postać młodociana to larwa typu praniza, która okresowo pasożytuje na skrzelach ryb morskich, karmiąc się ich krwią. Za dnia papugoryby korzystają z usług czyścicieli, co jednak począć nocą? Zespół Grutter wybrał do badań gatunek papugoryby o łacińskiej nazwie Chlorurus sordidus. Każdego osobnika schwytano oddzielnie. Nurek zarzucał na zwierzę sieć o wymiarach 1,8 na 13,7 m. Papugoryby są ponoć tak śliskie, że wyjęcie ich z sieci i przełożenie to prawdziwa sztuka. Już w laboratorium biolodzy porównali ryby pokryte śluzem z okazami, które bez przerywania snu wypchnięto z kokonu. Potem przez 4,5 godz. obie grupy wchodziły w kontakt z pasożytami. Okazało się, że u tych pierwszych zaatakowano tylko 10% okazów, a w drugiej aż 95. W nocy, gdy czyściciele śpią, śluzowe kokony działają jak moskitiery, pozwalając spokojnie odpoczywać, bez konieczności znoszenia ciągłych ugryzień – tłumaczy Grutter. Na wytworzenie kokonu ryby zużywają 2,5% dziennej energii, musiały też u nich powstać duże gruczoły. Australijczycy uważają, że by ryby wytworzyły tak kosztowny sposób zabezpieczania, pasożyty musiały wywierać naprawdę silną presję ewolucyjną. Co by nie mówić, nie chodzi jednak wyłącznie o nieprzyjemne ugryzienia, ale także o przenoszenie przez larwy praniza przypominających zarodźce malarii pasożytów krwi. Na razie nie wiadomo, jak działa kokon: czy stanowi barierę fizyczną, czy raczej chemiczną (a może jedno i drugie)? Niewykluczone, że śluz stanowi czapkę-niewidkę, bo pasożyty nie wyczuwają przez niego zapachu ryb. W przyszłości trzeba też będzie sprawdzić, czy ryby mogą odzyskać przynajmniej część energii włożonej w wytworzenie kokonu, zjadając go.

Urządzenia elektroniczne stają się coraz mniejsze i, niestety, delikatniejsze. Naukowcy pracują nad metodami zabezpieczania ich przed uszkodzeniem. Dzięki pomysłowi fizyków z Clemson University i Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD) już wkrótce telefon komórkowy, który upadnie na ziemię, nie roztrzaska się, ale odbije od podłoża jak piłeczka kauczukowa. A wszystko za sprawą osłonki z ukształtowanych jak sprężyny nanorurek węglowych. Jak wyjaśnia Apparao Rao, "materac" z nanorurek działa na zasadzie amortyzatora wstrząsów i pochłania energię upadku. Każda ze sprężynek jest tysiące razy mniejsza od ludzkiego włosa. Podobne skręcone nanorurki uzyskiwano już wcześniej, ale członkowie ekipy z Clemson zrobili to dużo szybciej niż zwykle, bo w jednoetapowym procesie. Wykorzystali opatentowaną mieszaninę węglowodorów z katalizatorem. W przyszłości pomysł Amerykanów znajdzie zastosowanie w zbrojach chroniących ciało żołnierzy, samochodowych zderzakach czy jako wypełnienie podeszw butów. Rao zaznacza, że nowa metoda pozwala na uzyskiwanie dużych ilości sprężynek nanowęglowych w krótkim czasie, łatwo więc będzie wytwarzać je na skalę przemysłową. Wcześniej połączone siły naukowców z Clemens i UCSD porównywały efekty wykorzystania osłon z prostych i skręconych nanorurek węglowych. Kiedy na warstwę nanorurek upuszczano kulkę ze stali nierdzewnej, tylko sprężyny powracały do stanu sprzed uderzenia. Proste nanorurki udało się też wygiąć w literę "Y". W takiej formie po przyłożeniu napięcia zachowywały się jak miniaturowe tranzystory.

Czołowi badacze świata od dawna wytężają umysły nad problemami związanymi z podawaniem obcych komórek do organizmu. Jednym z nich jest potrzeba stworzenia osłony, która będzie ochraniała wszczepione komórki, jednocześnie pozwalając im na kontakt z otoczeniem. Takie miniopakowanie musi mieć wiele cech: wykazywać elastyczność przy zachowaniu wytrzymałości, godzić przepuszczalność z blokowaniem dostępu komórek odpornościowych i wiele innych, pozornie sprzecznych ze sobą właściwości. Z pomocą przyszła naukowcom sama natura. Okazuje się bowiem, że w odpowiednich warunkach pojemniczek taki... tworzy się samoistnie. O odkryciu donoszą naukowcy z Instytutu Bio- i Nanotechnologii w Medycynie, należącego do Uniwersytetu Północno-zachodniego w amerykańskim mieście Evaston. Nietypowa struktura powstaje w wyniku reakcji dwóch substancji. Pierwsza z nich to tzw. amfifil peptydowy (ang. amphiphile peptide, PA), sztucznie wytworzony w laboratorium związek. Drugą jest kwas hialuronowy, naturalny polimer występujący w wielu organizmach, także u człowieka, którego zadaniem jest współtworzenie m.in chrząstek i stawów. Jak przyznaje prof. Samuel Stupp, autor odkrycia, w osiągnięciu sukcesu pomogło mu po prostu szczęście: Spodziewaliśmy się, że te dwie substancje się ze sobą zmieszają. Zamiast tego, niemal natychmiast po połączeniu dwóch roztworów, utworzyły one solidną membranę. Odkrycie było ekscytujące, więc postanowiliśmy poprowadzić dalsze badania i sprawdzić, dlaczego tak się dzieje. W toku badań udało się uzyskać kontrolę nad rozmiarem i kształtem membran. Odpowiednie formy i wymiary osiągano zależnie od użytego do syntezy naczynia, które pełni funkcję analogiczną do formy odlewniczej. Istotny jest także fakt, że powstające membrany samoczynnie regenerują się po przerwaniu, a ich wytrzymałość i stosunkowo wysoka sztywność pozwala np. na przenoszenie za pomocą pęsety lub przyszywanie do żywej tkanki za pomocą zwykłych nici chirurgicznych. Uzyskanie trójwymiarowych woreczków także jest możliwe i całkiem łatwe. Aby to zrobić, głęboką probówkę wypełnia się roztworem PA, do którego następnie dodaje się kwas hialuronowy. Ten ostatni ma znacznie większą gęstość od otaczającego roztworu, toteż stopniowo opada. W czasie podróży w kierunku dna naczynia wiąże on stopniowo cząsteczki PA, powodując rozrastanie się sieci. Odpowiedni dobór stężeń obu tych substancji wymusza na nich tworzenie właśnie trójwymiarowej torebki. Zespołowi prof. Stuppa udało się też zamknąć wewnątrz pęcherzyka komórki macierzyste i utrzymać je przy życiu przez cztery tygodnie. Wspomiany typ komórek do przeżycia potrzebuje specjalnego białkowego czynnika wzrostu, co oznacza, że błona jest zdolna do przepuszczania tej proteiny. Jest to stosunkowo duże białko, co sugeruje, że inne, znacznie mniejsze cząsteczki (wśród nich odkrywca wymienia np. pojedyncze geny, przeciwciała czy np. służące do wyciszania aktywności genów cząsteczki siRNA) powinny mieć tę samą możliwość. Potencjalne zastosowania odkrycia amerykańskiego naukowca są bardzo liczne. Bez wątpienia mają szansę stać się skutecznym sposobem dostarczania do organizmu komórek, które w normalnych warunkach byłyby zniszczone przez układ immunologiczny. Dzięki osłonie są one zdolne do przeżycia znacznie dłuższego okresu. Inne możliwości użycia nowo odkrytych pęcherzyków obejmują, np.: produkcję nanomaszyn, ogniw słonecznych, a być może także całkowicie nowych, nieznanych obecnie polimerów.

Choć stosowanie przez armię laserów bojowych wysokiej mocy jest raczej zagadnieniem teoretycznym, już powstaje materiał umożliwiający ochronę przed taką bronią. Badania prowadzone w ośrodku China Lake Naval Warfare Center mają doprowadzić do powstania tarczy nie tylko dla najdroższych machin bojowych, jakimi są okręty, ale też drobniejszego sprzętu, a nawet żołnierzy. Podstawą nowej technologii obronnej są tzw. metamateriały. Wykonane z nich osłony będą w stanie odbijać promienie lasera dzięki ujemnemu współczynnikowi załamania światła. Rozmiary struktur decydujących o właściwościach "tarczy" mają być na tyle małe, aby zabezpieczenie było skuteczne w wypadku każdego niemal typu lasera. Naukowcy rozważają zastosowanie kompozytu składającego się z trzech warstw o klasycznych właściwościach oraz umieszczonych między nimi metamateriałów. "Przekładaniec" ma niewiele ważyć i być na tyle cienki, by możliwe było jego powszechne użycie. Mimo że wspomniane badania mają zapewnione finansowanie, pomysłodawcy nietypowej tarczy wiedzą, że czeka ich trudne zadanie. Ciekawe, czy zdążą je wykonać, zanim lasery dołączą do standardowego uzbrojenia jednostek wojskowych świata.