Biooleje zastąpią ropę naftową?
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy opracowali metodę i urządzenie pozwalające na zdalne pobudzanie światłem pojedynczych neuronów nicienia, a w rezultacie na dowolne kierowanie jego zachowaniem, zmieniając go w biorobota.
Caenorhabditis elegans jest milimetrowej długości nicieniem, często wykorzystywanym do badań przez naukowców - z powodu prostej budowy, dokładnie zbadanego systemu nerwowego (składającego się dokładnie z 302 neuronów), przezroczystego ciała i zsekwencjonowanego genomu. Jednak to, co zrobili naukowcy z Harvard University, University of Pennsylvania, oraz University of Massachusetts Medical School może zaskakiwać - zbudowali system sterowania tym nicieniem przy pomocy precyzyjnie skupionych impulsów niebieskiego i zielonego światła.
Pierwszym krokiem było zmodyfikowanie genomu C. elegans, wprowadzając do neuronów białka halorodopsynę oraz kanałową rodopsynę-2. To uwrażliwiło neurony na niebieskie i zielone bodźce świetlne, pozwalając dowolnie wzbudzać je i hamować.
Jako system sterujący skonstruowali urządzenie o nazwie CoLBeRT (Controlling Locomotion and Behavior in Real Time), które używając skupionych wiązek światła aktywuje (w czym pomaga przezroczyste ciało tego nicienia) pojedyncze neurony i pojedyncze komórki mięśniowe. Ponieważ nicień porusza się dość szybko, a jest przy tym mały (1 milimetr długości), imponująca jest precyzja urządzenia złożonego z mikroskopu, systemu mikroluster oraz komputera przetwarzającego obraz i celującego impulsami świetlnymi. Prędkość skanowania obrazu to 50 klatek na sekundę, precyzja systemu luster osiąga zaś 30 mikrometrów.
Niebieski impuls działa pobudzająco na neuron, co pobudzenie nicień odczuwa jako dotknięcie, jeśli następuje ono w przedniej części ciała, C. elegans się zatrzymuje, jeśli w tylnej - rusza do przodu. Podobnie można wymuszać zmianę kierunku poruszania się, sterując nicieniem zarówno na lądzie, jak i w wodzie. Naukowcom udaje się nawet wywoływać składanie jaj „na komendę".
Bezprecedensowy eksperyment stanowi przełom zarówno w dziedzinie badania zachowania i funkcji układu nerwowego, jak i w bioinżynierii i biorobotyce. Studium Aravinthana D.T. Samuela i Andrew M. Leifera ukazało się w Nature Methods.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Dwa lata temu japońsko-amerykański zespół w składzie Osamu Shimomura oraz Martin Chalfie i Roger Y. Tsien otrzymał Nagrodę Nobla za badania nad zielonym białkiem fluorescencyjnym (ang. green fluorescent protein, GFP) ze stułbiopława Aequorea victoria. Jako znacznik znalazło ono szereg zastosowań w monitorowaniu procesów biologicznych, ostatnio zaś szwedzki zespół stwierdził, że można je wykorzystać w mikroogniwach na biopaliwa.
Zackary Chiragwandi z Uniwersytetu Technologicznego Chalmers w Göteborgu i jego zespół sporządzili pulpę z tysięcy stułbiopławów i wyekstrahowali żądane białko. Gdy umieści się jego kroplę na elektrodzie glinowej, a następnie wystawi się ją na oddziaływanie promieniowania ultrafioletowego, zaczyna płynąć prąd, którym można zasilać nanourządzenia. W żywym organizmie nie trzeba sztucznie indukować świecenia za pomocą UV, fluorescencja zachodzi bowiem na drodze dostarczenia energii przez fotoproteinę włączaną kationami wapnia.
Naukowiec stworzył też wersję bioogniwa z enzymami ze świetlików oraz jamochłonów morskich Renilla reniformis. W obu przypadkach tzw. chemiluminescencja jest skutkiem reakcji katalizowanej przez lucyferazę. Takie ogniowo jest samowystarczalne i nie trzeba się już przejmować koniecznością zapewnienia zewnętrznego źródła światła.
W ramach innego studium opracowano metodę pozyskiwania sztucznego GFP dzięki bakteriom. Oznacza to, że stułbiopławy czeka lepsza przyszłość, ponieważ nie padną już ofiarą naukowców poszukujących źródła cennego białka.
W nanokrystalicznym ogniwie słonecznym Grätzla, które naśladuje zachodzącą w roślinach fotosyntezę, wykorzystuje się dwutlenek tytanu. Jest on jednak dość drogim składnikiem i nie da się ukryć, że ogniwo z GFP stanowiłoby atrakcyjniejszą ekonomicznie opcję. Chiragwandi sądzi, że bioogniwa będą zasilać nanourządzenia medyczne, służące np. do obrazowania i leczenia nowotworów. Technologia Szwedów zostanie dopracowana i udostępniona w ciągu 1-2 lat.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Przy całej naszej rozwiniętej technologii wciąż wiele możemy się nauczyć, podglądając technologie dawnych kultur. Na przykład: współczesne farby nie mogą się równać z błękitnym barwnikiem dawnych Majów, który nie blaknie przez tysiąclecia. Jaki oni to robili?
Niebieska farba, której używali Majowie zdumiewa swoją wytrzymałością. Mimo niesprzyjających warunków, ich malowidła do dziś posiadają piękny, intensywny kolor. Nie zaszkodziła im pogoda, wilgotny klimat dżungli, mikroorganizmy, ani upływ czasu. Nie szkodzi im ani ciepło, ani światło, ani nawet - jak pokazały laboratoryjne badania - żrące chemikalia. A przecież od położenia tej farby minęło ponad półtora tysiąca lat! Który ze współczesnych producentów zagwarantowałby taką trwałość? Na razie nikt, ale może już niedługo...
Poszukiwaniem sekretu Majów zajął się Eric Dooryhee z Narodowego Laboratorium Brookhaven (Brookhaven National Laboratory) w Upton wraz z ekipą francuskich fizyków. Zespół ten ma na koncie już wiele podobnych badań: odkrywali skład dawnych, egipskich kosmetyków, sekrety rzymskiego garncarstwa czy malarstwa renesansowego. Tajemnica ich sukcesów to wykorzystanie synchrotronu, który emituje silną wiązkę promieniowania rentgenowskiego. Żmudna analiza sposobu, w jaki badany materiał rozprasza promienie pozwala na ustalenie jego chemicznego składu i wewnętrznej struktury. W ten sposób można zrekonstruować dawne, zapomniane technologie. Wykorzystanie dawnych pomysłów w połączeniu ze współczesną wiedzą pozwala tworzyć nowe materiały, zachowujące pożądane właściwości. Sami badacze nazywają takie materiały „archeomimetycznymi", ponieważ imitują wyroby dawnych epok.
Błękitny barwnik był poświęcony bogu Chacowi, malowano nim poświęcane mu ofiary, w tym ludzi. Badania misy, którą odkryto w świętej studni stolicy Majów, Chichen Itza, pozwoliły zidentyfikować jego składniki - uważane za święte - oraz proces, jaki pozwalał farbie stać się tak odporną.
Aby wytworzyć błękitny pigment, palono kadzidła z żywicy drzewnej. Na ogniu gotowano następnie miksturę, w której skład wchodziły liście indygowca barwierskiego (Indigofera tinctoria L.), krzewu używanego powszechnie w wielu regionach świata oraz minerał (glinę) o nazwie pałygorskit.
Naukowcom udało się też zrozumieć, skąd brała się ta wyjątkowa trwałość farby Majów. Podczas ogrzewania roślinny barwnik wypełniał pory gliniastego minerału, szczelnie je zatykając. Otaczająca cząstki barwnika glina chroniła je przed wpływem środowiska. Nie mając dostępu do samych cząsteczek, żadne procesy chemiczne nie mogły spowodować ich płowienia, czy niszczenia. Farba, która samodzielnie szybko blakła by i żółkła, chroniona przez cząsteczki minerału może zachować intensywny kolor przez stulecia i tysiąclecia.
Zespół badawczy znalazł też współczesny, dobry zamiennik dla pałygorskitu: zeolit, popularny minerał, stosowany przy wytwarzaniu cementu, papieru, detergentów, żwirku dla zwierząt a nawet jako dodatek do pasz i suplementów diety.
Eric Dooryhee chce wykorzystać zrekonstruowaną technologię do renowacji zabytkowych fresków, ale wynalazek Majów może mieć wiele innych przemysłowych zastosowań, jak choćby wytwarzanie kolorowego cementu.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Biopaliwa, obiecywane jako ekologiczna alternatywa dla produktów z ropy naftowej ciągle nie mogą się przebić. Przeszkody są generalnie dwie: czysto ekonomiczny, czyli cena takiego paliwa, oraz konkurencja o energetyczne zasoby z... ludźmi. Kłopot w tym, że najbardziej efektywne, a więc najczęstsze źródła materiału roślinnego dla wytwarzania biopaliw to uprawy kukurydzy, czy buraków. Używanie do produkcji paliw podstawowego źródła pożywienia dla ludzkości powoduje wzrost cen żywności i dylematy moralne (jakże to, żeby ludzie przymierali głodem dla produkcji benzyny), blokuje również spadek cen takich paliw.
Remedium byłoby wykorzystanie do celów przemysłowych roślin niejadalnych lub niejadalnych odpadów z roślin jadalnych. Dlaczego więc nie korzysta się na szerszą skalę z upraw prosa rózgowego, albo ze zbędnych łodyg kukurydzy? Produkcja etanolu, czy butanolu jest najłatwiejsza i najtańsza z wykorzystaniem masy roślinnej zawierającej głównie skrobię, lub cukry proste. Użycie zdrewniałych części roślin jest trudniejsze, bowiem zawierają one głównie ligninę. Jej wykorzystanie wymaga wcześniejszej obróbki, żeby można było otrzymać odpowiednie węglowodany.
Dziś, aby otrzymać biopaliwa z roślinnej ligniny, moczy się ją najpierw w kąpieli ze żrących chemikaliów. Dopiero w wyniku takiego procesu otrzymujemy bogatą w węglowodany masę, gotową do dalszej obróbki przy pomocy enzymów. Niestety, efektem ubocznym żrącej kąpieli jest znaczna ilość ciekłych odpadów, z którymi spływa „do ścieku" znaczna część masy organicznej. Dlatego ta metoda jest mało efektywna również ekonomicznie.
Nowy sposób na uwolnienie węglowodanów z roślinnej ligniny znaleźli naukowcy z Uniwersytetu Stanowego Północnej Karoliny. Niepotrzebne są do tego żrące substancje, nie powstają też odpady. Proces jest też prosty: masa roślinna jest wystawiana na działanie ozonu z niewielką ilością wilgoci. W jego wyniku otrzymuje się bogatą w węglowodany masę i żadnych odpadów. Masę tę poddaje się dalszej obróbce w ten sam sposób, jak podczas tradycyjnego procesu, czyli przy pomocy enzymów.
Sam proces ozonowania jest co prawda droższy niż kąpiel chemiczna, ale ponieważ dzięki wyeliminowaniu marnotrawstwa jest bardziej efektywny, w rezultacie całość produkcji jest bardziej ekonomiczna.
Autorzy otrzymali grant badawczy z Centrum Badań i Rozwoju Bioenergii na udoskonalenie procesu. Będzie on dopracowywany pod kątem przemysłowego, komercyjnego wykorzystania do produkcji paliw z prosa rózgowego oraz miskanta.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Biopaliwa przez jednych uważane są za sposób wyjścia z klinczu między potrzebami energetycznymi, a zagrożeniem klimatycznym; przez innych uważane są za ślepą uliczkę. Niezależnie od tego sporu wzbudzają wiele kontrowersji i wątpliwości: czy faktycznie uprawa roślin na potrzeby energetyczne jest opłacalna - zarówno ekonomicznie, jak i ekologicznie, czy nie spowoduje zbyt dużego wzrostu cen żywności, itd. Podczas gdy pesymistyczne szacunki jednych określają czas potrzebny na oddanie w ten sposób „węglowego długu" na 167 do 420 lat, inni poszukują coraz to nowych i lepszych roślin, które „spłacałyby się" szybciej.
John Hughes, naukowiec z brytyjskiego Met Office (rządowej instytucji zajmującej się szeroko pojętą meteorologią i klimatem) prezentuje bardziej optymistyczne szacunki, oparte zarówno o badania terenowe, jak i symulacje komputerowe. Według artykułu, jaki ukazał się w Global Change Biology Bioenergy uprawy energetyczne oparte o trawy miscanthus x giganteus, czyli miskanta olbrzymiego, mogą znacząco zmniejszyć zależność od paliw kopalnych, jednocześnie redukując poziom CO2.
Przy wykorzystaniu matematycznego modelu i symulacji komputerowej dla przewidywanych zmian klimatu i emisji dwutlenku węgla, zwrot „węglowego długu" dzięki miskantowi nastąpiłby w ciągu 30 lat - to diametralnie odmienna liczba w porównaniu z 167 do 420 lat dla niektórych innych biopaliw z roślin energetycznych typu kukurydza.
Miskant olbrzymi jest pochodzącą z Japonii trawą z rodziny wiechlinowatych. Rośnie w kępach osiągających wysokość od dwóch do nawet czterech metrów, przy średnicy pędów od 1 do 3 cm. Dzięki małym wymaganiom - zadowala się glebami V i VI klasy - i bardzo silnie wiąże dwutlenek węgla, używany jest na terenie Unii Europejskiej jako roślina energetyczna do produkcji bioetanolu.
Zaniepokojenie zmianami klimatu skłania naukowców coraz silniej do zainteresowania się sposobami na ograniczenie szkód ekologicznych. Uprawy roślin w celach energetycznych są przedmiotem coraz bardziej wnikliwych badań. W biopaliwowych zastępnikach ropy i gazu upatruje się środka na ograniczenie wzrostu dwutlenku węgla w atmosferze, a jak mówi John Hughes - opublikowane studium pokazuje olbrzymi potencjał, upraw energetycznych, w szczególności miskanta. A przeliczając wyniki na skalę światową, jak to pokazujemy w swoim opracowaniu, tworzymy nowe narzędzia do szacowania przydatności takich upraw. I bardzo słusznie, w tych sprawach bowiem nie można działać w ciemno.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.