Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Na University of Illinois skonstruowano igłę, dzięki której można wstrzyknąć kwantową kropkę do wnętrza jądra komórki. To pozwala na obserwowanie procesów tam zachodzących. Z kolei zrozumienie tych procesów umożliwi szybszy postęp genetyki.

Dotychczas do badania tego, co dzieje się w jądrach komórek wykorzystywano proteiny i barwniki. Jednak są one duże i wrażliwe na światło, co bardzo utrudnia ich użycie w połączeniu z mikroskopem.

Kropki kwantowe mają tę przewagę, że są bardzo małe, można im nadać fluoroscencyjne barwy czyniąc je łatwymi do śledzenia i są stabilne w świetle.

Wiele osób korzysta z kwantowych kropek monitorując procesy biologiczne i uzyskując informacje na temat środowiska komórek. Jednak umieszczenie kwantowych kropek w komórce i wykorzystanie ich w zaawansowanych badaniach to poważny problem - mówi profesor Min-Feng Yu z University of Illinois.

Yu oraz jego koledzy - Ning Wang i Kyungsuk Yum - stworzyli nanoigłę działającą jak elektroda, która pozwala na dostarczenie kwantowych kropek w precyzyjnie wyznaczone miejsce jądra komórki. Później można je śledzić za pomocą standardowego mikroskopu fluorescencyjnego. Technika ta daje nam fizyczny dostęp do środowiska wewnątrz komórki. To prawie tak jakbyśmy mieli narzędzia chirurgiczne pozwalające nam tam operować - mówi Yu.

Nanoigła to pojedyncza tuba o szerokości 50 nanometrów pokryta cienką warstwą złota. Napełnia się ją kropkami kwantowymi, które są uwalniane do komórki po przyłożeniu niewielkiego napięcia. To pozwala na uzyskanie niezwykle precyzyjnej kontroli. Możemy umieścić nanoigłę w konkretnej lokalizacji i poczekać, aż rozpocznie się konkretny proces biologiczny, który chcemy badać, i wówczas uwalniamy kropki kwantowe. Dotychczasowe techniki nie pozwalały na taką kontrolę - dodaje Yu.

Uczeni chcą w przyszłości przystosować swoją igłę do pracy z różnymi typami molekuł tak, by można było za jej pomocą dostarczać np. fragmenty DNA, proteiny czy enzymy.

To narzędzie typu wszystko w jednym - mówi Wang. W komórkach zachodzą trzy podstawowe typy procesów: chemiczne, elektryczne i mechaniczne. Igła ma wszystkie trzy właściwości. Jest mechanicznym próbnikiem, elektrodą i systemem dostarczania związków chemicznych - dodaje.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W elektronice konsumenckiej kropki kwantowe wykorzystywane są np. w telewizorach, gdzie znacząco poprawiają odwzorowanie kolorów. Używa się ich, gdy telewizory LCD wymagają tylnego podświetlenia. Standardowo do podświetlenia używa się białych LED-ów, a kolory uzyskuje dzięki filtrom. Zanim pojawiły się kropki kwantowe znaczna część światła nie docierała do ekranu, była blokowana przez filtry. Zastosowanie kropek kwantowych w LCD wszystko zmieniło.
      Obecnie telewizory QD LCD wykorzystują niebieskie LED-y jako źródło światła, a kropki kwantowe, dzięki efektom kwantowym, zmieniają to światło w czerwone i zielone. Do filtrów docierają wówczas wyłącznie trzy składowe kolorów – czerwony, zielony i niebieski – a nie całe spektrum światła białego, to znacznie mniej światła jest blokowane i marnowane dzięki czemu otrzymujemy jaśniejsze, bardziej nasycone i lepiej odwzorowane kolory.
      Okazuje się, że ta sama technologia może być przydatna przy uprawie roślin. Wykazują one bowiem preferencje odnośnie kolorów światła. Wiemy na przykład, że nie absorbują zbyt dużo światła zielonego. Odbijają je, dlatego wydają się zielone. Niedawne badania wykazały, że różne rośliny są dostosowane do różnych długości fali światła. W Holandii niektórzy plantatorzy już od dłuższego czasu eksperymentują i uprawiają pomidory pod światłem w kolorze fuksji, róże ponoć lubią bardziej białe światło, a papryka żółte.
      W 2016 roku Hunter McDaniel i jego koledzy z UbiQD zaczęli zastanawiać się nad wykorzystaniem kropek kwantowych w hodowli roślin. Biorąc bowiem pod uwagę fakt, że kropki kwantowe pozwalają na bardzo precyzyjne dobranie długości fali światła oraz fakt, że światło nie jest blokowane, więc i nie mamy tutaj dużych strat energii, takie rozwiązanie mogłoby się sprawdzić.
      Wcześniej McDaniel był badaczem w Los Alamos National Laboratory. Pracował tam właśnie nad kropkami kwantowymi i tam zdał sobie sprawę, że toksyczny kadm, wykorzystywany w kropkach, można zastąpić siarczkiem miedziowo-indowym. W 2014 roku założył UbiQD by skomercjalizować opracowaną przez siebie technologie.
      Na początku naukowiec wyobrażał sobie kilka pól zastosowania dla nowych kropek kwantowych. I wtedy wpadliśmy na pomysł wykorzystania ich w rolnictwie. Ten rynek ma gigantyczny potencjał. Może on wchłonąć nawet ponad miliard metrów kwadratowych powierzchni kropek kwantowych rocznie.
      Przedstawiciele UbiQD postanowili produkować długie płachty zawierające kropki kwantowe, które byłyby podwieszane pod dachami szklarni i zmieniałyby spektrum wpadającego światła słonecznego. Pierwsze takie płachty dawały światło pomarańczowe o długości fali około 600 nm. Badacze testowali je na badawczych uprawach sałaty na University of Arizona. Z czasem zaczęto prowadzić testy na większą skalę. Inne płachty, dające inne kolory światła, sprawdzano w Nowym Meksyku na pomidorach, ogórkach i ziołach, w Holandii badano wpływ światła z kropek kwantowych na uprawy truskawek i pomidorów, w Kolorado do testów wybrano konopie przemysłowe, w Kalifornii i Oregonie konopie indyjskie, a w Kanadzie ogórki i pomidory. UbiQD nawiązała tez współpracę w firmą Nanosys, która od 2013 roku produkuje kropki kwantowe w ilościach przemysłowych na potrzeby producentów telewizorów.
      Niedawno UbiQD rozpoczęła komercyjną sprzedaż swoich płacht z kropkami kwantowymi. Mogą je kupić producenci z Azji, Europy i USA. Obecnie na skalę przemysłową produkowane są jedynie płachty dające światło pomarańczowe, jednak trwają badania nad innymi kolorami.
      UbiQD otrzymała też kilka grantów od NASA. Za te pieniądze ma stworzyć produkt do użycia w warunkach kosmicznych. Tego typu płachta powinna blokować szkodliwe dla roślin promieniowanie ultrafioletowe i zamieniać je w światło o takiej długości, by rośliny mogły przeprowadzać fotosyntezę.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Sirolimus, in. rapamycyna, i jego pochodna ewerolimus, które dotąd stosowano m.in. w transplantologii przy zapobieganiu odrzuceniu przeszczepu, odwracają efekty starzenia u dzieci z zespołem progerii Hutchinsona-Gilforda (HGPS).
      Progerię charakteryzuje przyspieszone starzenie się. Wywołuje je mutacja punktowa (substytucja pojedynczego nukleotydu) w położonym na chromosomie 1. genie LMNA, który koduje białko laminę A. Proteina ta stabilizuje błonę otaczającą jądro komórkowe. Zmutowaną laminę A nazywa się progeryną. Jej akumulacja w organizmie zaburza prawidłowy rozwój tkanek. Podczas podziału komórek hodowlanych nagromadzenie wadliwego białka niekorzystnie wpływa na integralność błony komórkowej i prowadzi do powstawania uwypukleń jąder. Progeryna jest też produkowana przez starzejące się zdrowe komórki.
      Zespół Francisa S. Collinsa, dyrektora amerykańskich Narodowych Instytutów Zdrowia, zauważył, że zastosowanie rapamycyny (antybiotyku makrolidowego) w odniesieniu do fibroblastów osób z HGPS spowalniało starzenie komórek i całego organizmu. Sirolimus znosił uwypuklanie jąder, opóźniał początek etapu starości komórek i nasilał degradację progeryny.
      Co ważne, w normalnych fibroblastach rapamycyna ograniczała tworzenie się nierozpuszczalnych agregatów progeryny i stymulowała oczyszczanie w procesie autofagii. Jak obrazowo tłumaczą Amerykanie, leki immunosupresyjne wzmacniały wewnątrzkomórkowy mechanizm recyklingu, zmniejszając ilość progeryny nawet o połowę. Zespół ma nadzieję, że dzięki obiecującym wynikom wkrótce rozpoczną się testy kliniczne z udziałem dzieci z progerią. Obecnie w fazie testów klinicznych znajdują sie 3 leki, jednak działają one na innej zasadzie niż sirolimus i ewerolimus. Należą bowiem do grupy inhibitorów transferazy farnezylu i zapobiegają tworzeniu się progeryny. Collins uważa, że można by zastosować terapię połączoną lekami z obydwu grup (inhibitorów i antybiotyków makrolidowych).
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z University of Illinois zaobserwowali w grafenie zjawisko termoelektryczne i odkryli, że w nanoskali materiał ten chłodzi się efektywniej niż krzem. Zespół pracujący pod kierunkiem profesora Williama Kinga wykorzystał końcówkę mikroskopu sił elektronowych w roli czujnika temperatury. Uczeni dowiedzieli się, że w miejscu, w którym grafenowy tranzystor dotyka metalowych połączeń, chłodzący efekt termoelektryczny jest silniejszy niż ogrzewanie się materiału wywołane oporami w przepływie prądu. Oznacza to, że w tym miejscu tranzystor samodzielnie się schładza.
      Zjawisko termoelektryczne zachodzi wskutek bezpośredniej transformacji napięcia elektrycznego pomiędzy dwoma punktami na różnicę temperatur.
      W krzemie i większości materiałów nagrzewanie się spowodowane przepływem prądu jest znacznie większe niż samodzielne chłodzenie. Odkryliśmy jednak, że w tych tranzystorach grafenowych istnieją miejsca, w których chłodzenie jest większe niż nagrzewanie, co pozwala urządzeniom na samodzielne schłodzenie się. Dotychczas nie obserwowano tego zjawiska w grafenie - mówi King.
      Dzięki nowo odkrytej kolejnej przydatnej właściwości grafenu, elektronika grafenowa, o ile powstanie, będzie wymagała niewiele wspomaganego chłodzenia, a niewykluczone, że obejdzie się bez niego.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Koreańscy naukowcy dokonali znacznego postępu na drodze do stworzenia pełnokolorowego wyświetlacza z kropek kwantowych. Taki wyświetlacz mógłby w przyszłości posłużyć do budowy telewizora, który pokaże obraz o znacznie lepszej jakości niż wszystko, co dotychczas udało się osiągnąć, a jednocześnie będzie on bardziej energooszczędny niż obecnie wykorzystywane urządzenia.
      Specjaliści od ponad dziesięciu lat starają się zbudować wyświetlacz z kropek kwantowych. Te półprzewodnikowe kryształy nadają się do tego celu znacznie lepiej niż ciekłe kryształy obecne w LCD, gdyż emitują światło o ściśle określonej długości fali, którą można precyzyjnie dobierać. Kolor światła zależy jedynie od wielkości samej kropki.
      Jednak problemem okazało się uzyskanie dużych wyświetlaczy korzystających z kwantowych kropek. Obecnie natryskuje się je na podłoże, jednak gdy używamy takiej techniki kropki muszą zostać przygotowane w organicznym rozpuszczalniku, a jego obecność zanieczyszcza wyświetlacz, prowadząc do redukcji jasności i większego zużycia energii.
      Teraz koreańscy naukowcy, na kórych czele stoi Byoung Lyong Choi z Samsung Advanced Institute of Technology wpadli na pomysł wykorzystania techniki odciskania stempla. Kropki z selenku kadmu są tworzone na krzemowym podłożu a następnie odciskane bezpośrednio na szkle, bez użycia rozpuszczalnika. W ten sposób powstają czerwone, zielone i niebieskie piksele.
      Brzmi to dość prosto, jednak Choi wyjaśnia, jak trudne zadanie stało przed jego zespołem: trzy lata zajęło nam dopracowanie szczegółów, takich jak np. znalezienie odpowiedniej prędkości i ciśnienia, by możliwe było przeniesienie 100% kropek.
      Koreańczycy stworzyli już 10-centymetrowy pełnokolorowy wyświetlacz. Testy wykazały, że jest on doskonalszy od osiągnięć innych zespołów naukowych. Maksymalna jasność czerwonych pikseli jest o około 50% lepsza i zużywają przy tym około 70% mniej energii.
      Co więcej, kwantowe kropki są bardzo wytrzymałe. Będą nadawały się zarówno do produkcji elastycznych wyświetlaczy jak i telewizorów, które muszą przez wiele lat pokazywać obraz o niezmienionej jakości.
      Konkurencja chwali osiągnięcia Koreańczyków. Seth Coe-Sullivan z firmy QD Vision, która produkuje urządzenia korzystające z kwantowych kropek podkreśla, że wdrożenie ich techniki nie powinno generować dużych kosztów. Jednocześnie przestrzega przed zbytnim entuzjazmem. Myślę, że w ciągu trzech najbliższych lat na bazie kwantowych kropek mogą powstać wyświetlacze dla telefonów komórkowych. Na większe ekrany będziemy musieli poczekać dłużej - stwierdza.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      O metamateriałach pisaliśmy już wielokrotnie, również w kontekście skonstruowania dzięki nim technologicznej peleryny niewidki. To, co dla światła pozostaje w sferze odległych planów, w dziedzinie dźwięku właśnie osiągnięto, tworząc materiał zapewniający niewidzialność dla sonarów.
      Sonar to nic innego, jak dźwiękowy radar, korzystający najczęściej z ultradźwięków - woda morska tłumi fale radiowe, zaś dźwięk przenosi się w niej szybko i na duże odległości (dzięki temu, że woda jest bardziej gęsta od powietrza). Wykładowca mechaniki i inżynierii na University of Illinois, Nicholas Fang, skonstruował w swoim laboratorium metamateriał wytłumiający dźwięki w zakresie stosowanym przez sonary.
      Urządzenie ma postać dysku składającego się z wielu pierścieni o malejącej średnicy. Każdy pierścień to misterna struktura wgłębień „prowadzących" falę dźwiękową, każdy ma inny współczynnik refrakcji. Wgłębienia powodują zmianę prędkości fali akustycznej i spadek jej energii, a całość powoduje uwięzienie dźwięku, wygięcie fali i „owinięcie" jej wokół zewnętrznych krawędzi dysku, niwelując niemal całkowicie odbicie dźwięku.
      Specyfiką konstrukcji jest to, że działa nie tylko dla ściśle określonej długości fali - jak to jest z metamateriałami dla fal elektromagnetycznych - lecz jest skuteczne dla dość szerokiego przedziału częstotliwości, do 40 do 80 kiloherców, przy czym teoretycznie można uzyskać pokrycie przedziału częstotliwości aż do dziesiątek megaherców.
      Podwodne testy z sonarem wykazały skuteczność takiego urządzenia maskującego i rozpoczynają się prace nad zastosowaniami praktycznymi. Pierwszym, jakie się narzuca, jest oczywiście zastosowanie militarne celem stworzenia niewykrywalnych okrętów podwodnych. Są jednak i inne: na przykład doskonała izolacja akustyczna, czy polepszenie osiągów ultrasonografii medycznej. Autorzy są też przekonani, że dzięki wynalazkowi będzie można uporać się ze zjawiskiem kawitacji, czyli tworzenia się wirów i hałaśliwych pęcherzyków wokół śrub napędowych statków i okrętów podwodnych.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...