Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Półpłynne diody i memrystory
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Opracowany w Kalifornii nowatorski biomateriał po dożylnym podaniu zmniejsza stan zapalny i pomaga w regeneracji uszkodzonych tkanek i komórek. Został on już przetestowany na gryzoniach i większych zwierzętach, udowadniając swoją skuteczność w regeneracji tkanki po ataku serca. Jego twórcy opracowali też prototypową metodę wykorzystania biomateriału w urazach mózgu oraz nadciśnieniu płucnym.
Nasz biomateriał regeneruje tkankę od wewnątrz. To nowe podejście do inżynierii regeneracyjnej, mów profesor Karen Christman z University of California San Diego, której zespół stworzył biomateriał. Uczona dodaje, że testy bezpieczeństwa i skuteczności biomateriału na ludziach mogą rozpocząć się w ciągu 1-2 lat.
Każdego roku w Polsce zawału serca doświadcza około 80 tysięcy osób. Po zawale w mięśniu sercowym pojawiają się blizny, które pogarszają jego funkcjonowanie i mogą prowadzić do kolejnych chorób.
Już podczas wcześniejszych badań zespół Christman opracował hydrożel zbudowany z macierzy pozakomórkowej, który można było podać przez cewnik w mięsień sercowy, co pobudzało wzrost nowych komórek i naprawę tkanki mięśnia sercowego. Udaną pierwszą fazę testów klinicznych przeprowadzono w 2019 roku. Jednak metoda wprowadzania żelu – bezpośrednia injekcja w mięsień – powodowała, że leczenie można było zastosować nie wcześniej niż tydzień po zawale. Wcześniejsze wprowadzanie igły groziło dodatkowymi uszkodzeniami mięśnia. Dlatego też naukowcy z San Diego postanowili opracować metodę, którą będzie można stosować bezpośrednio po zawale. A to oznaczało konieczność stworzenia biomateriału, który można by wprowadzać do naczyń krwionośnych w sercu podczas przeprowadzania innych procedur ratunkowych, lub też podawać dożylnie.
Potrzebowaliśmy biomateriału, który można dostarczyć do trudno dostępnych miejsc, postanowiliśmy więc wykorzystać naczynia krwionośne, mówi doktor Martin Spang. Jedną z zalet nowego żelu jest fakt, że poprzez naczynia krwionośne równomiernie dociera on do całej uszkodzonej tkanki. Żel podawany przez cewnik pozostawał w miejscu podania i nie rozprzestrzeniał się.
Christman i jej grupa rozpoczęli więc pracę od żelu opracowanego przed kilku laty, który dowiódł swojego bezpieczeństwa w 2019 roku. Uczeni wiedzieli, że nadaje się on do podawania dożylnego, jednak cząstki hydrożeli były zbyt duże, by spełnić swoje zadanie. Naukowcy wpadli więc na pomysł, by hydrożel odwirować w centryfudze. W ten sposób oddzielono zbyt duże cząstki, pozostawiając te w skali nano. Tak uzyskany materiał poddano dializie za pomocą błony półprzepuszczalnej, filtrowaniu i sterylizacji, a następnie liofilizacji. Uzyskano w ten sposób proszek, który po dodaniu wody do injekcji zmienia się w hydrożel gotowy do wstrzyknięcia.
Materiał przetestowano na mysim modelu zawału serca. Naukowcy spodziewali się, że hydrożel przeniknie z naczyń krwionośnych do tkanki, gdyż podczas ataku serca pojawiają się szczeliny pomiędzy komórkami śródbłonka naczyń. Okazało się, że żel nie tylko przenika do tkanki, ale również zamyka szczeliny pomiędzy komórkami naczyń krwionośnych i przyspiesza ich gojenie, zmniejszając stan zapalny. Taki sam efekt zaobserwowano podczas testów na świniach. Naukowcy wysunęli i z powodzeniem przetestowali hipotezę, że ich hydrożel pomaga również w szczurzym modelu stanu zapalnego po urazie mózgu i w nadciśnieniu płucnym. Planują więc przeprowadzenie kolejnych badań w tym kierunku. Większość przeprowadzonych przez nas badań dotyczy serca, jednak widzimy, że istnieje możliwość leczenia w ten sposób innych trudno dostępnych tkanek, mówi Spang.
Profesor Christman oraz startup Ventrix Bio, którego jest współzałożycielką, chcą teraz postarać się o zgodę FDA (Agencja ds. Żywności i Leków) na rozpoczęcie testów na ludziach. Mogłyby się one rozpocząć w ciągu 1-2 lat. Łatwa do zastosowania metoda naprawy mięśnia sercowego pomogłaby w uniknięciu komplikacji i rozwoju schorzeń pojawiających się po zawale.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Austrii i Włoch stworzyli „kwantowy memrystor”, urządzenie zdolne do przekazywania koherentnej informacji kwantowej w postaci superpozycji pojedynczych fotonów. Urządzenie takie może stać się podstawą do stworzenia kwantowej wersji architektury neuromorficznej, której działanie ma naśladować pracę ludzkiego mózgu.
Memrystor, to czwarty podstawowy typ elementu elektronicznego. Od dawna znaliśmy opornik, kondensator i cewkę. W 1971 roku profesor Leon Chua z Kalifornii wysunął hipotezę, że może istnieć czwarty element, który nazwał opornikiem pamięci czyli memrystorem. Urządzenie takie powstało niemal 40 lat później, w 2008 roku. Memrystory szybko okazały się bardziej przydatne, niż sądzono, a przed dwoma laty wykorzystano je do zbudowania urządzenia działającego podobnie jak neuron.
Badania nad tym elementem elektronicznym ciągle trwają, a najnowszym osiągnięciem jest połączenie go z technologią kwantową.
Memrystor współpracujący ze stanami kwantowymi i przekazujące kwantowe informacje został zbudowany przez uczonych z Uniwersytetu Wiedeńskiego, Politechniki Mediolańskiej i włoskiej Narodowej Rady Badawczej. Stworzono go za pomocą femtosekundowego lasera emitującego krótkie impulsy światła trwające zaledwie 10-15 sekundy. Za pomocą tych impulsów naukowcy rzeźbili w szkle falowody, kanały zdolne do więzienia lub przesyłania światła.
Michele Spagnolo i jego zespół wykorzystali falowody do przesyłania pojedynczych fotonów. Dzięki ich kwantowej naturze znajdujące się w superpozycji fotony można było w tym samym czasie wysyłać przez dwa lub więcej falowodów. Za pomocą bardzo zaawansowanych wykrywaczy pojedynczych fotonów mogliśmy dokonywać pomiaru fotonu w jednym z falowodów, a następnie wykorzystać ten pomiar do kontrolowania urządzenia modulując transmisję w innym falowodzie. W ten sposób nasze urządzenie zachowywało się jak memrystor, wyjaśnia Michele Spagnolo. Oprócz uzyskania w ten sposób zachowania typowego dla memrystora, naukowcy – za pomocą symulacji – wykazali, że sieć optyczna zawierająca kwantowe memrystory będzie zdolna do nauki rozwiązywania problemów zarówno w sposób klasyczny, jak i kwantowy. To zaś wskazuje, że kwantowy memrystor może być tym elementem, który połączy sztuczną inteligencję i komputery kwantowe.
Klasyczne memrystory są obecnie używane w badaniach nad komputerowymi platformami neuromorficznymi. Dlatego też włosko-austriacki zespół sądzi, że kwantowy memrystor może przyczynić się do powstania kwantowych sieci neuromorficznych.
Uwolnienie pełnego potencjału możliwości sztucznej inteligencji zbudowanej na systemach kwantowych to jedno z najważniejszych obecnie wyzwań fizyki kwantowej i informatyki, dodaje Spagnolo. Uczony dodaje, że jego grupa już rozpoczęła prace nad odpowiednim urządzeniem. Jej pierwszym celem jest stworzenie urządzenia składającego się z kilkunastu kwantowych memrystorów operującego na kilkunastu fotonach. To poważne wyzwanie technologiczne, przyznaje naukowiec.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na szwedzkim Uniwersytecie Technologicznym Chalmersa powstał nowy materiał, który zapobiega infekcjom ran. To specjalny hydrożel, skuteczny przeciwko wszystkim typom bakterii, w tym lekoopornym. Jego opracowanie może przyczynić się do lepszej walki z antybiotykoopornymi bakteriami, które stanowią coraz bardziej poważny problem.
Po przetestowaniu naszego hydrożelu na różnych typach bakterii, zaobserwowaliśmy, że jest on wysoce efektywny, również przeciwko bakteriom, które stały się oporne na antybiotyki, mówi profesor Martin Andersson.
Substancją aktywną w mikrożelu są peptydy, niewielkie proteiny, które występują naturalnie w układzie odpornościowym. "Ryzyko, że bakterie rozwiną oporność na te peptydy jest bardzo małe, gdyż atakują one najbardziej zewnętrzną błonę bakterii. To powód, dla którego się nimi zainteresowaliśmy", stwierdza Andersson.
Naukowcy od dawna próbowali wykorzystać te peptydy, jednak dotychczas bez powodzenia. Problem w tym, że po kontakcie z płynami organizmu, np. z krwią, bardzo szybko ulegają one rozpadowi. Szwedzcy naukowcy uwięzili te peptydy w specjalnym hydrożelu, który je chroni.
To bardzo obiecujący materiał. Jest nieszkodliwy dla komórek, łagodny dla skóry. Z naszych badań wynika, że przyłączone do niego peptydy ulegają znacznie wolniejszej degeneracji niż normalnie, stwierdza doktorant Edvin Blomstrand z Wydziału Chemii i Inżynierii Chemicznej. Spodziewaliśmy się dobrych wyników, ale ten materiał naprawdę pozytywnie nas zaskoczył, dodaje Andersson.
Komercjalizacją wynalazku zajmie się firma Amferia AB, której Andersson jest założycielem. Obecnie w wielu krajach Europy trwają testy kliniczne żelu. Badana jest też jego przydatność w weterynarii. Najprawdopodobniej będzie on stosowany w formie opatrunku. Niewykluczone, że na rynek trafi już w przyszłym roku.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Posługując się polem magnetycznym i hydrożelem, naukowcy ze Szkoły Medycyny Uniwersytetu Pensylwanii zademonstrowali potencjalną metodę odtwarzania złożonych tkanek. Za jej pomocą można by sobie radzić np. z degeneracją tkanki chrzęstnej. Wyniki badań zespołu opublikowano w piśmie Advanced Materials.
Odkryliśmy, że jesteśmy w stanie organizować obiekty, takie jak komórki, w taki sposób, by utworzyć [...] złożone tkanki, nie zmieniając samych komórek. By uzyskać reakcję na pole magnetyczne, inni musieli dodawać do komórek cząstki magnetyczne. Zabieg ten może jednak wywierać niepożądany długofalowy wpływ na zdrowie komórki. Zamiast tego manipulowaliśmy więc magnetycznym charakterem otoczenia komórki; dzięki temu mogliśmy organizować obiekty za pomocą magnesów - opowiada Hannah Zlotnick.
U ludzi ubytki w chrząstce naprawia się za pomocą różnych sztucznych i biologicznych materiałów. Ich właściwości odbiegają jednak od oryginału, dlatego należy się liczyć z ograniczeniami takiego rozwiązania. Zlotnik wskazuje też na naturalny gradient chrząstki (powierzchniowo występuje większa liczba komórek).
Mając to wszystko na uwadze, Amerykanie postanowili poszukać innego rozwiązania. Podczas eksperymentów odkryli, że gdy do hydrożelu mającego formę ciekłą doda się ciecz magnetyczną, można porządkować komórki i inne obiekty, w tym mikrokapsułki do dostarczania leków, według specyficznego wzorca, który przypomina naturalną tkankę. Wystarczy przyłożyć zewnętrzne pole magnetyczne.
Po działaniu pola magnetycznego całość wystawiano na oddziaływanie ultrafioletu (naukowcy prowadzili fotosieciowanie, utrwalając rozmieszczenie obiektów).
W porównaniu do standardowych jednolitych materiałów syntetycznych [...], takie "odwzorowane magnetycznie" tkanki lepiej przypominają oryginał pod względem rozmieszczenia komórek i właściwości mechanicznych [uczeni odtworzyli chrząstkę stawową] - podkreśla dr Robert Mauck.
Technikę badano na razie wyłącznie in vitro.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Jedną z przyczyn, dla której nie udało się dotychczas stworzyć maszyny o możliwościach obliczeniowych mózgu jest brak urządzenia, które działałoby jak neuron. Jednak dzień powstania sztucznego mózgu właśnie znacznie się przybliżył. Troje naukowców poinformowało na łamach Nature o stworzeniu pojedynczego urządzenia zachowującego się jak neuron.
W reakcji na przyłożenie prądu stałego urządzenie reaguje podobnie jak neuron: pojawiają się w nim serie wyładowań, samopodtrzymujące się oscylacje i inne procesy, które możemy obserwować w mózgu. Urządzenie łączy w sobie funkcje opornika, kondensatora i memrystora Motta. Memrystory to urządzenia, które przechowują dane w postaci pamięci o oporze.
Memrystory Motta mają dodatkową możliwość zapamiętania zmian w oporności powodowanych temperaturą. Dzieje się tak, gdyż materiały, z których zbudowany jest memrystor Motta są izolatorami lub przewodnikami w zależności od temperatury.
Do zmian takich dochodzi z nanoskalowej warstwie ditlenku niobu. Po przyłożeniu napięcia NbO2 rozgrzewa się, zmieniając właściwości z izolujący w przewodzące. Po takiej zmianie prąd może przepłynąć przez urządzenia. Następnie urządzenie się chłodzi, a ditlenek niobu staje się ponownie izolatorem. W efekcie takich działań pojawia się wyładowanie podobne do tego, obserwowanego w neuronach. Przez pięć lat nad tym pracowaliśmy. W małym nanoskalowym kawałku materiału dzieje się bardzo wiele, mówi jeden z autorów badań, R. Stanley Williams z Texas A&M University.
Drugi z autorów badań, Suhas Kumar z Hewlett Packard Laboratories, przypomina, że wynalazca memrystora, Leon Chua, przewidywał, iż w urządzeniu tym pomiędzy dwoma stabilnymi regionami znajduje się region chaotycznych zjawisk. Na krawędzi takiego regionu urządzenie może zaś wykazywać zachowania podobne do zachowań neuronów.
Uzyskanie odpowiednich zjawisk nie jest jednak łatwe. Williams chwali Kumara za wysiłek, jaki włożył w to, by precyzyjnie dobrać parametry pracy urządzenia. Tego się nie odkrywa przypadkiem. Wszystkie parametry muszą być perfekcyjnie dobrane zanim zauważysz zjawiska, których poszukujesz. Gdy już jednak uda się tego dokonać okazuje się, że całość pracuje bardzo stabilnie i łatwo jest to powielać, stwierdza uczony.
Naukowcy przetestowali swoje urządzenie budując z nich bramki logiczne NAND i NOR oraz niewielki analogowy obwód optymizujący pracę całości. Naukowcy przyznają, że potrzeba jeszcze wiele pracy, by całość zmienić w praktyczne urządzenie i skalować je tak, by mogły z nich powstać systemy zdolne do rzucenia wyzwania współczesnym komputerom. Kumar i Williams mają zamiar poszukać innych materiałów, nadających się do budowy sztucznego neuronu. Przemiany zachodzące w NbO2 mają bowiem miejsce w temperaturze 800 stopni Celsjusza. Można ją osiągnąć w warstwach o grubości liczonej w nanometrach.
Jednak przeskalowanie całości na miliony takich neuronów i uzyskanie podobniej wydajności może być problemem. Stąd m.in. potrzeba znalezienia innego materiału.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.