Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Na North Carolina State University powstały układy elektroniczne zbudowane z płynnych metali i hydrożeli. Kwazipłynne diody i memrystory powinny lepiej niż tradycyjna elektronika współpracować z wilgotnymi, miękkimi substancjami, takimi jak np. ludzki mózg.

Częściowo płynne urządzenie korzysta z elektrod zbudowanych ze stopu galu (75%) i indu (25%). Stop taki bardzo dobrze przewodzi sygnały i jest płynny w temperaturze pokojowej. Elektrody umieszczono w obudowie z tworzywa sztucznego. Pomiędzy elektrodami znajdują się dwie warstwy agarozy, naturalnego hydrożelu używanego w biochemii. Każda z warstw została wzbogacona elektrolitami - w jednej jest to kwas poliakrylowy (PAA), w drugiej polietylenoimina (PEI).

Opornością można sterować za pomocą napięcia. Na styku elektrod i agarozy w sposób naturalny tworzy się warstwa tlenku galu, który jest opornikiem. Dzięki wysokiemu pH polietylenoiminy tlenek nie osiada na elektrodzie. Z kolei manipulując napięciem można zmieniać grubość warstwy tlenku galu na elektrodzie mającej styczność z PAA. Napięcie dodatnie zwiększa grubość zwiększając rezystancję, ujemne prowadzi do zmniejszenia grubości warstwy tlenku. Dzięki temu można przełączać stan urządzenia pomiędzy przewodzącym a nieprzewodzącym. Co ważne, urządzenie po odcięciu napięcia zapamiętuje ostatni stan swojej rezystancji, a więc działa jak memrystor. Badania wykazały, że potrafi go zapamiętać przez ponad 3 godziny. Połączenie diod i memrystorów pozwala tworzyć różne typy obwodów.

Półpłynna elektronika jest dziełem dwójki studentów, Ju-Hee So i jej kolegi Hung-Jun Koo. Zbudowali już oni testową wersję obwodu i badają interakcje pomiędzy różnymi elektrolitami i metalami. Chcą znaleźć optymalną konfigurację, która pozwoli, m.in. na szybsze przełączanie pomiędzy stanami przewodzącym i nieprzewodzącym. Zdaniem So, możliwe jest osiągnięcie czasu przełączania mierzonego w milisekundach.

Jej zdaniem kwazipłynna elektronika może pewnego dnia posłużyć do zbudowania interfejsów łączących żywą tkankę z komputerami.

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
      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
    • By 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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowców zaprojektował hydrożel, który pozwala hodować wykorzystywane w immunoterapii nowotworów limfocyty T. Hydrożele te imitują węzły chłonne, gdzie limfocyty T się namnażają. Zespół ma nadzieję, że technologia szybko znajdzie zastosowanie w klinikach.
      Uczeni, których artykuł ukazał się w piśmie Biomaterials, rozpoczęli projekt, którego celem jest drukowanie nowego hydrożelu w 3D. Ma to przyspieszyć transfer technologii na rynek.
      Hydrożele 3D są wykonywane z 1) poli(tlenku etylenu), biokompatybilnego polimeru szeroko wykorzystywanego w biomedycynie, oraz 2) drobnocząsteczkowej heparyny. Polimer zapewnia właściwości strukturalne i mechaniczne konieczne do wzrostu limfocytów T, a heparyna "kotwiczy" różne biocząsteczki, np. cytokinę CCL21; CCL21 występuje w węzłach chłonnych i odgrywa ważną rolę w migracji i proliferacji komórek.
      Naukowcy wyjaśniają, że w leczeniu nowotworów można stosować adoptywną terapię komórkową (ang. adoptive cell therapy). Polega ona na wykorzystaniu zmodyfikowanych in vitro własnych komórek odpornościowych pacjenta i zwrotnym ich podaniu do krwiobiegu.
      Jej zastosowanie jest ograniczane przez obecne podłoża hodowlane, ponieważ nie są one na tyle skuteczne, by umożliwić namnażanie i wzrost odpowiedniej liczby terapeutycznych limfocytów T w krótkim czasie i w opłacalny ekonomicznie sposób - podkreśla Judith Guasch z Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC).
      Zespół będzie próbował drukować kompatybilne z bioreaktorami duże hydrożele 3D. Celem ma być namnażanie limfocytów T w bardziej wydajny sposób. Obecnie trwa poszukiwanie partnerów przemysłowych.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu Hokkaido opisali hydrożel, który naśladuje zdolność ludzkiego mózgu do zapamiętywania i zapominania. Wyniki ich badań ukazały się w piśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
      Ludzki mózg uczy się różnych rzeczy i zapomina informacje, gdy nie są już istotne. Odtworzenie dynamicznego procesu pamięciowego w materiałach wyprodukowanych przez człowieka stanowi wyzwanie. Ostatnio japońscy naukowcy uzyskali hydrożel, który naśladuje dynamiczną funkcję pamięciową naszego mózgu.
      Hydrożele są doskonałymi kandydatami do odtwarzania funkcji biologicznych, ponieważ są miękkie i wilgotne jak ludzkie tkanki. Jesteśmy podekscytowani, mogąc zademonstrować, jak hydrożel naśladuje pewne funkcje pamięciowe tkanki mózgowej - cieszy się prof.  Jian Ping Gong.
      Podczas testów akademicy umieszczali cienką warstwę hydrożelu (o ok. 45% zawartości wody) między płytkami. W górnej wycięty był kształt, np. samolot, albo wyraz, np. "GEL". Na początku żel umieszczano w zimnej wodzie, a potem przenoszono go do gorącej kąpieli. Żel wchłaniał wodę w odsłoniętej części. W ten sposób wzorzec był nanoszony na materiał jak informacja.
      Kiedy zawierający poliamfolity żel przenoszono z powrotem do zimnej wody, odsłonięty obszar stawał się ciemniejszy, przez co przechowywana informacja była wyraźnie widoczna. W niższej temperaturze hydrożel stopniowo się kurczył, uwalniając wchłoniętą wodę. Wzór coraz bardziej bladł.
      Japończycy zauważyli, że im dłużej żel pozostawał w gorącej kąpieli, tym ciemniejszy (bardziej intensywny) był wzór i tym więcej czasu zajmowało blaknięcie czy, inaczej mówiąc, zapominanie informacji. Zespół wykazał także, że wyższe temperatury intensyfikowały "wspomnienia".
      Wygląda to podobnie jak u ludzi. Im więcej czasu spędzasz na uczeniu się czegoś lub im silniejszy jest bodziec emocjonalny, tym dłużej się zapomina - wyjaśnia prof. Kunpeng Cui.
      Uczeni zademonstrowali, że pamięć hydrożelowa jest stabilna przy wahaniach temperatury i dużym rozciąganiu. Co ciekawe, można zaprogramować proces zapominania, dostrajając czas uczenia termicznego lub temperaturę. Gdy do poszczególnych liter wyrazu GEL zastosowano, na przykład, różne czasy uczenia, litery zanikały sekwencyjnie.
      Przypominający działanie mózgu hydrożelowy system pamięciowy można eksplorować pod kątem pewnych zastosowań, np. w wiadomościach, które znikają ze względów bezpieczeństwa - podsumowuje Cui.
       

       


      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chińscy naukowcy opracowali hydrożel, który skutecznie hamuje krwawienie z przebitej tętnicy.
      Na łamach Nature Communications opisano proces pozyskania hydrożelu oraz jego testy na zwierzętach.
      Niekontrolowane krwawienie jest niebezpieczną sytuacją zarówno w czasie operacji, jak i po doznaniu urazu. W większości przypadków jest ono wynikiem uszkodzenia głównej tętnicy albo jakiegoś narządu, np. wątroby. By ofiara nie zmarła, konieczne jest natychmiastowe działanie. Obecne leczenie polega na założeniu zacisku, a następnie szwów.
      W przeszłości naukowcy próbowali opracować kleje do takich ran, ale nie sprawowały się one tak dobrze, jak oczekiwano: albo były wyprodukowane z toksycznych materiałów, albo nie wytrzymywały wysokiego ciśnienia cieczy w krwiobiegu. Chińczycy uzyskali jednak ostatnio hydrożel, który rozwiązuje oba wymienione problemy.
      W założeniu hydrożel miał w jak największym stopniu przypominać budowę ludzkiej tkanki łącznej. Po oświetleniu ultrafioletem (UV) gęstnieje, przywierając do rany (w ten sposób zapobiega wypływaniu krwi). Wszystko to dzieje się w ciągu zaledwie 20-30 sekund. Naukowcy podkreślają, że nowy materiał wytrzymuje ciśnienie do 290 mmHg, a więc o wiele wyższe od normalnego.
      Hydrożel testowano na przebitej tętnicy szyjnej świni. Okazało się, że nie tylko zamknął on ranę, ale i umożliwił wygojenie rany. Testy przeprowadzone po 2 tygodniach wykazały niewielką martwicę i stan zapalny albo całkowity ich brak. Biokompatybilny materiał rozkładał się w organizmie, nie powodując skutków ubocznych.
      Hydrożel przetestowano także na króliku. Tutaj za jego pomocą naprawiono tętnicę udową oraz uszkodzenie wątroby.
      Naukowcy podkreślają, że przed testami na ludziach trzeba lepiej ocenić bezpieczeństwo nowego materiału.
       


      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...