Znajdź zawartość

W laboratoriach IBM-a w Zurichu trwają prace nad układem scalonym, który wykorzystuje płyn do pracy oraz chłodzenia. Ludzki mózg jest 10 000 razy gęściej upakowany i wydajny niż jakikolwiek współczesny komputer. Jest to możliwe dzięki temu, iż wykorzystuje jedną, niezwykle efektywną, sieć połączeń kapilarnych i krwionośnych, które jednocześnie odbierają ciepło i transportują energię - mówi Bruno Michel, który kieruje pracami zespołu badawczego. Jeśli IBM-owi uda się osiągnąć założony cel to pewnego dnia takie maszyny jak superkomputer Watson uda się zamknąć w kieszonkowym urządzeniu przenośnym. Michel i jego zespół chcą zbudować trójwymiarowy układ scalony składający się z tysięcy kości ułożonych jedna na drugiej. Pomiędzy każdymi dwoma kośćmi ma znaleźć się para struktur wypełnionych płynem. Jedna z tych sieci będzie zawierała naładowany płyn, zapewniający układowi zasilanie, druga zaś będzie odpowiedzialna za odprowadzanie tego płynu gdy już przekaże on swój ładunek i odbierze ciepło z układu. Wykorzystanie płynów do chłodzenia układów 3D nie jest niczym nowym. Niezwykłym pomysłem badaczy z IBM-a jest użycie tego samego płynu do zasilania układów. Do zwiększenia wydajności maszyn HPC (high performance computing) koniecznie jest umieszczanie układów bliżej siebie. Ale zasilanie ich za pomocą płynu to niebadany dotychczas obszar. Nie wykracza to całkowicie poza wyobraźnię. Nie widzę powodów, dla których nie miałoby to działać, ale nikt nigdy czegoś takiego nie próbował - mówi Mark Zwolinski z University of Southampton. Superkomputer Watson wymaga do pracy 85 kilowatów i jest 10-krotnie większy od dużej lodówki. Michel uważa, że wykorzystanie płynu do chłodzenia i zasilania pozwoli na znaczące zredukowanie poboru mocy i zmniejszenie wielkości urządzenia. Uczeni z IBM-a chcą pokazać prototyp swojego układu już w 2014 roku. Jeśli im się to uda, Watson zagości w naszych kieszeniach.

Posługując się urządzeniem mikrostrumieniowym, prof. Roger Kamm, William Polacheck i Joseph Charest z MIT-u wykazali, że kierunek przepływu płynów przez tkanki określa prawdopodobieństwo rozprzestrzeniania się nowotworu. Wiedząc to, w przyszłości lekarze będą mogli i zmniejszyć ryzyko powstawania przerzutów. Naukowcy chwalą się, że niemal tak samo ważny, jak ich odkrycia jest stworzony na potrzeby eksperymentu trójwymiarowy system mikrostrumieniowy. Podczas gdy wcześniejsze badania bazowały na wizualizowaniu pojedynczych komórek w sztucznym środowisku pozakomórkowym, urządzenie zespołu z MIT-u pozwala stwierdzić, jak komórki oddziałują z tkanką, która naśladuje naturalną tkankę piersi. Na rynku nie ma obecnie ani jednego leku, który działałby w oparciu o to, jak komórki nowotworowe odrywają się od pierwotnego guza, dostają się do układu krążenia, migrują i tworzą wtórny guz. Takie właśnie procesy możemy symulować w naszym systemie mikrostrumieniowym – podkreśla Kamm. Zaczynając badania, Amerykanie wiedzieli, że wskutek ciągłego wzrostu guz prowadzi do wytworzenia wysokiego ciśnienia cieczy w otaczających tkankach. To z kolei skutkuje odpływem cieczy z samego guza. Melody Swartz, która kiedyś współpracowała z Kammem, a później przeniosła się do École Polytechnique Fédérale de Lausanne, odkryła, że wskutek tego odpływu ligandy wydzielane przez guz wybiórczo wiążą się z receptorami w części komórki znajdującej się przy głównym nurcie. Dochodzi do wytworzenia asymetrii, co ostatecznie sprawia, że komórki zaczynają migrować z nurtem. Gdyby na tym wszystko się kończyło, perspektywy byłyby niezbyt zachęcające. Oznaczałoby to bowiem, że komórki nowotworowe szybko dostaną się do układu krążenia. Polacheck i Kamm zauważyli jednak, że zjawiska zaobserwowane przez Swartz to tylko jedna strona medalu. Ich urządzenie składa się dwóch kanałów, oddzielonych od siebie warstwą żelu z pojedynczymi komórkami, czyli macierzą, w której zachodzi przepływ cieczy. Podczas eksperymentów z komórkami raka sutka zespół zauważył, że komórki nowotworowe poruszają się pod prąd. Na początku zaczęto kwestionować spostrzeżenia Swartz, ale później okazało się, że w grę wchodzą dwa konkurujące ze sobą mechanizmy. Jednym z nich jest autologiczna chemotaksja dodatnia, która zachodzi przy niskim zagęszczeniu komórek lub pod wpływem aktywacji receptora CCR7 (receptora chemokin z podrodziny C-C typu 7.). Chemotaksja prowadzi do migracji z prądem, gdyż stężenie ligandów jest wyższe po stronie komórki przy głównym nurcie. Drugi mechanizm działa przy dużym zagęszczeniu komórek, np. wokół rosnącego guza, albo wtedy, gdy receptor CCR7 jest zablokowany. Włącza się on, kiedy płyn przepływający obok komórki aktywuje receptory integrynowe. Wskutek tego rozpoczyna się migracja pod prąd. Firmy farmaceutyczne mogą wykorzystać te informacje, by skupić się na stworzeniu leków blokujących receptory CCR7, co zapobiegłoby migracji w stronę układu krwionośnego i prowadziłoby do uwięzienia guza.

Kilka odpowiednio skonfigurowanych kropli płynu może w przyszłości zostać wykorzystanych jako miniaturowe tanie pompy czy precyzyjne soczewki aparatach cyfrowych. Inżynierowie z Rensselaer Polytechnic Institute stworzyli płynne tłoki. Działają one dzięki oscylacjom kropli ferrofluidu, które bardzo precyzyjnie wypychają otaczający je płyn. Pulsacyjne ruchy ferrofluidu mogą działać jak miniaturowe pompy. Co prawda możliwe jest stworzenie miniaturowych mechanicznych pomp, które są na tyle małe, że znajdą zastosowanie w układach typu lab-on-a-chip, ale to bardzo złożona i droga konstrukcja - mówi profesor Amir Hirsa, szef zespołu badawczego z Wydziału Inżynierii Mechanicznej, Kosmicznej i Nuklearnej na Rensselaer. Nasze elektromagnetyczne płynne tłoki to nowy sposób na poradzenie sobie z problemem pompowania w mikroskali. Ponadto wykazaliśmy, że takie tłoki nadają się do tworzenia sterowanych przez układ scalony płynnych soczewek - dodaje naukowiec. Hirsa wraz z zespołem opracowali płynny tłok składający się z dwóch kropli ferrofluidu umieszczonych na substracie o powierzchni kilku centymetrów kwadratowych. W substracie wywiercono dwie dziury, po jednej dla każdej z kropli ferrofluidu. Całość umieszczono w komorze wypełnionej wodą. Impulsy z elektromagnesu powodują, że jedna z kropli zaczyna wibrować, poruszając się w górę i w dół. Jej ruch prowokuje powstanie sił magnetycznych, kapilarnych i inercyjnych, które powodują, iż druga z kropli ferrofluidu zaczyna się również poruszać, ale zgodnie z odwróconym wzorcem. Szybkość i siłę poruszających się kropli można kontrolować za pomocą pola magnetycznego o różnych właściwościach. W ten sposób obie krople ferrofluidu stały się płynnym rezonatorem, zdolnym do przepompowania otaczającego je płynu do sąsiedniej komory. Jako, że krople zmieniają kształt podczas ruchu, po przepuszczeniu przezeń światła zmieniają się w miniaturowe soczewki, pozwalające na sterowanie ich ogniskową. Już w tej chwili prędkość pracy soczewek i jakość uzyskanego obrazu dorównują kamerom internetowym pracującym z częstotliwościom ponad 30 klatek na sekundę. Dzięki nowym soczewkom możliwe będzie zatem stworzenie lżejszych kamer, zużywających mniej energii. Płynne tłoki mogą znaleźć liczne zastosowania. Posłużą jako pompa na wszczepianym w organizm chorego układzie precyzyjnie dozującym leki, a Hirsa nie wyklucza nawet, że w przyszłości będzie można nimi zastąpić naturalną soczewkę ludzkiego oka. http://www.youtube.com/watch?v=X-xMxA5SpTs

NASA potwierdziła, że wielkie jezioro zaobserwowane na Tytanie, księżycu Saturna, zawiera płynne węglowodory. Tym samym Tytan jest jedynym, poza Ziemią, ciałem niebieskim w naszym Układzie Słonecznym, na powierzchni którego znajduje się płyn. Odkrycia dokonano dzięki sondzie Cassini. Wcześniej sądzono, że Tytan może być pokryty wielkimi oceanami węglowodorów. Kolejne przeloty sondy nad księżycem nie potwierdzały tej teorii. Zauważono jednak ciemne plamy, podobne do jezior. Do niedawna nie wiedziano jednak, czy jest to materiał płynny czy stały. Dopiero przeprowadzona przez Cassini analiza absorpcji światła podczerwonego przez tajemnicze struktury wykazała, że mamy do czynienia z płynem. Obecnie możemy więc z całą pewnością stwierdzić, że Ontario Lacus, zaobserwowane w grudniu 2007 roku na biegunie południowym Tytana w pełni zasługuje na swoją nazwę. Jego powierzchnia wynosi ponad 20 000 kilometrów kwadratowych, jest więc nieco większe od Jeziora Ontario. Na Tytanie mamy też do czynienia z parowaniem, deszczami i erozją spowodowaną działaniem płynu. Naukowcy mają nadzieję, że w ciągu kilku lat odkryją na księżycu kolejne jeziora i morza.

Naukowcy z University of Illinois opracowali metodę hodowli ssaczych neuronów w komorach niewiele większych od nich samych. Nowe podejście wydłuża życie komórek nerwowych w warunkach zmniejszonej gęstości ich występowania. Dzięki temu w przyszłości będzie można badać wzrost i zachowanie pojedynczych komórek mózgu (Lab on a Chip). Jak podkreśla Martha Gillette, neurony polegają na stałych dostawach białek i innych czynników troficznych, czyli odżywczych. Są one wydzielane przez same neurony i przez komórki pomocnicze, takie jak glej. To dlatego komórki nerwowe mają się najlepiej, gdy wzrastają w warunkach dużego zagęszczenia i w obecności innych neuronów. Upakowanie dużej liczby komórek na małej powierzchni nie ułatwia jednak zadania biologom, którzy chcieliby opisać zachowanie pojedynczych komórek. Jedną z technik podtrzymywania kultur neuronów przy życiu jest trzymanie ich w medium z osocza. To zwiększa żywotność komórek nerwowych, ale, z drugiej strony, doprowadza do swego rodzaju skażenia. Trudno jest wtedy określić, które substancje zostały wyprodukowane przez neurony, a które pochodzą z osocza. Chcąc wytropić komórkowe źródło czynników troficznych, naukowcy zmniejszyli wypełnione fluidem komory, w których hodowano neurony. Matthew Stewart wykonał minipojemniczki z żelu polidimetylosiloksanowego (ang. polydimethylsiloxane, PDMS). Jonathan Sweedler, szef zespołu naukowców, tłumaczy, że zminiaturyzowanie komory pozwoliło też zmniejszyć ilość płynu otaczającego komórki. Wskutek tego łatwiej jest zidentyfikować i pomierzyć substancje wydzielane przez neurony, ponieważ są one w mniejszym stopniu rozcieńczone. Na tym jednak nie wyczerpały się pomysły ekipy z University of Illinois. Naukowcy oczyścili materiał wykorzystywany do konstruowania ścian komory. Larry Millet kilkakrotnie zanurzał PDMS w kąpieli chemicznej, by wypłukać z polidimetylosiloksanu zanieczyszczenia, które mogłyby zaszkodzić, a nawet zabić komórki. Millet opracował także technikę stopniowego perfundowania (przecedzania) płynu otaczającego neurony. Umożliwia to uzupełnienie zapasów składników odżywczych i wypłukanie produktów przemiany materii. Biolodzy zyskują przy tym cenny materiał do analiz: wszelkie związki chemiczne wydzielane przez pojedyncze neurony. Dzięki wszystkim opisanym zabiegom udało się przez 11 dni hodować neurony z hipokampa szczurów. Do tej pory w aparaturze wykonanej z PDMS komórki nerwowe zachowywały żywotność przez góra 2 dni. Nie tylko zwiększyliśmy żywotność komórek, ale także ich zdolność różnicowania się, by mogły bardziej przypominać dojrzałe neurony – cieszy się Sweedler.

Wypijanie 3 lub więcej filiżanek herbaty dziennie jest zdrowsze niż picie dużych ilości wody. Dlaczego? Ponieważ ta pierwsza zawiera dodatkowo szereg korzystnych dla zdrowia składników. Praca opublikowana na łamach European Journal of Clinical Nutrition obala mit, że herbata odwadnia. Okazuje się, że nie tylko nawadnia tak samo dobrze jak H2O, ale także zabezpiecza przed chorobami serca i niektórymi nowotworami. Za najważniejsze składniki herbaty eksperci uznają flawonoidy (przeciwutleniacze). Dr Carrie Ruxton i zespół z londyńskiego College'u Królewskiego przeanalizowali badania nad wpływem picia herbaty na zdrowie. Dowody jasno wskazywały, że wychylanie 3-4 filiżanek naparu dziennie znacznie zmniejsza ryzyko zawału. Zapobiega też tworzeniu się kamienia nazębnego, próchnicy, a ponadto wzmacnia kości. Badania nad kofeiną wykazały, że bardzo wysokie jej dawki odwadniają i każdy zakłada, iż napoje zawierające ten alkaloid są odwadniające. Jeśli nawet zaparzymy sobie naprawdę bardzo mocną herbatę, a jest to dość trudne, nadal przybędzie nam płynów. Ponieważ napar zawiera związki fluoru, sprzyja zdrowiu naszych zębów. Nie znaleziono dowodów na to, że konsumpcja herbaty może powodować jakieś szkody. Napar upośledza jednak zdolność absorbowania żelaza z pokarmów, dlatego osoby zagrożone anemią powinny unikać picia "czaju" w porach posiłków. Ludzie rzadziej sięgają po herbatę, ponieważ coraz większą popularność zyskują napoje gazowane czy soki. W Anglii herbatę piją przede wszystkim osoby starsze, które ukończyły 40. rok życia. W ich przypadku zaspokaja ona do 70% dziennego zapotrzebowania na płyny, jest więc naprawdę istotna.