Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
  • ×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

      Only 75 emoji are allowed.

    ×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

    ×   Your previous content has been restored.   Clear editor

    ×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Princeton University powstał nowy typ czujnika, dzięki któremu możliwa będzie ocena stanu budynków czy mostów. Badanie zmian zachodzących w budowlach i wykrywanie pojawiających się uszkodzeń to bardzo ważne, a jednocześnie niełatwe zadanie.
      Sigurd Wagner i Patrick Gorrn postanowili wykorzystać laser, organiczne związki chemiczne i elastyczny polimer do stworzenia "skóry", którą można pokryć budowlę. Sprawdzając stan pokrycia można będzie oceniać zmiany zachodzące w samej budowli.
      Ich pomysł polega na użyciu poli(dimetylosiloksanu), którzy przygotowano tak, by miał falistą strukturę. Na jej powierzchnię nanosi się płynną mieszaninę molekuł organicznych. Gdy całość oświetlimy laserem ultrafioletowym, emitowane jest światło o konkretnej długości fali. W tym wypadku jest to widzialne czerwone światło. Jednak wszelkie zmiany na powierzchni "skóry", jej rozciągnięcie czy ścieśnienie, powodują zmianę długości fali emitowanego światła. Eksperymenty wykazały, że już ściśnięcie gumy o 2,2% prowadzi do zmian, które są wykrywane przez specjalne czujniki. Te potrafią zauważyć różnice sięgające zaledwie 5 nanometrów w długości fali. To bardzo dokładna metoda i jest to jej główna zaleta. W wielu przypadkach dochodzi bowiem do nieznacznych zmian struktury, które nie muszą objawiać się widocznymi uszkodzeniami. Te czujniki pozwalają zanotować takie zmiany - mówi Wagner.
      Dodatkową zaletą nowej metody jest możliwość sprawdzania zdrowia "skóry" z pewnej odległości oraz uniknięcie konieczności prowadzenia okablowania.
      Technologia z Princeton znajduje się obecnie w fazie eksperymentalnej. Uczeni szukają teraz jak najlepszych molekuł emitujących światło oraz metod ich umieszczania na PDMS. Wiemy, jak prowadzić eksperymenty. Ale nie znaleźliśmy jeszcze magicznej formuły - zauważył Wagner. 
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W 1828 roku Friedrich Wöhler, syntetyzując mocznik, dowiódł, że substancje organiczne można wytwarzać w laboratorium. Po niemal dwustu latach zbliżamy się do punktu, w którym będziemy potrafili stworzyć sztuczne życie. Funkcjonujące, syntetyczne białka, jakie stworzyli naukowcy z Princeton University, są milowym krokiem na tej drodze.
      Dwadzieścia różnych aminokwasów tworzy około stu tysięcy protein, jakie funkcjonują w naszych organizmach. Każda proteina wytwarzana jest dzięki ekspresji określonej sekwencji genów, to właśnie białka, jak trybiki w maszynie, tworzą mechanizm naszych komórek i całego organizmu. Dlaczego jest ich tylko sto tysięcy, choć możliwości ich tworzenia są nieskończone?
      Czego nie stworzyła natura w drodze ewolucji, postanowił stworzyć profesor Michael Hecht ze swoim zespołem, który na co dzień zajmuje się poznawaniem i rozszyfrowywaniem molekularnych mechanizmów działania komórek i całych żywych organizmów - czyli białek. Chciał sprawdzić, czy proteiny nigdzie nie występujące w naturze, zaprojektowane w laboratorium, będą w stanie funkcjonować w żywych komórkach. Zespół rozpoczął od stworzenia „biblioteki" syntetycznych, skomplikowanych, trójwymiarowych protein. Stworzono ich jeden milion, wszystkie niewidziane w naturze. Pozostało je sprawdzić.
      Laboratoryjne doświadczenia przeprowadzano na hodowlanych szczepach bakterii, które pozbawiano genów kodujących wybrane białka, konieczne do przeżycia w określonych okolicznościach (np. ograniczonego dostępu do pożywienia) - bez nich bakterie powinny zginąć. Zamiast nich wstawiano bakteriom sekwencje DNA - również zaprojektowane w laboratorium - kodujące syntetyczne białka z „biblioteki". Jeśli nowe białko nie sprawdziłoby się - bakterie powinny zginąć. Okazało się jednak, że w wielu przypadkach bakterie z „przeszczepionym" DNA, kodującym syntetyczne proteiny, żyły i rozmnażały się w najlepsze.
      Oto mamy tutaj molekularną maszynerię, która poprawnie funkcjonuje w żywym organizmie, mimo że została zaprojektowana od zera i stworzona z równie sztucznych genów - mówi Michael Hecht. - To oznacza, że molekularne elementy życia nie muszą się ograniczać do tych genów i protein, które już istnieją w naturze.
      Podmiana w organizmach żywych genów na pochodzące od innych gatunków to już niemal rutyna, ale nigdy nie próbowano zaprojektować ich sztucznych odpowiedników. To w istocie ogromny krok w biologii syntetycznej - skoro możemy zaprojektować jeden element, możemy też inne, a skoro tak, to możemy zaprojektować cały żyjący organizm. Droga do syntetycznej komórki jest może jeszcze długa, ale już w naszym zasięgu.
      Fundusze na badania pochodziły z National Science Foundation, a praca ukazała się w Public Library of Science ONE.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Badania naukowe nad nowymi rodzajami materiałów otwierają coraz to nowe perspektywy. Szukamy już nie tylko nanomateriałów, nadprzewodników i stopów z efektem magnetokalorycznym. Prace nad „topologicznym stanem powierzchniowym" obiecują powstanie szybszych układów elektronicznych.
      Naukowcy z Uniwersytetu w Princeton w swoich poszukiwaniach nowych rodzajów materiałów zainteresowali się tak zwanymi „izolatorami topologicznymi". Pod tą nazwą kryją się materiały, które będąc w swojej objętości izolatorami, jednocześnie przewodzą prąd na swojej powierzchni. Zjawisko to, związane z tzw. kwantowym efektem Halla, występuje pod wpływem pola magnetycznego. Prace zespołu z Princeton, którym kierował profesor Zahid Hasan wykazały, że efekt „topologicznego stanu powierzchniowego" może występować również bez obecności pola magnetycznego.
      Jednym z materiałów „topologicznych" jest pierwiastek antymon. Ekipa prof. Hasana zajęła się zbadaniem jego metalicznej odmiany. Badaniom pod skaningowym mikroskopem tunelowym poddano specjalnie wyhodowane kryształy metalicznego antymonu - dzieło Roberta Cavy z laboratorium chemicznego Uniwersytetu. Wykazały one wyjątkowe właściwości.
      Przepływ elektronów na powierzchni normalnych materiałów jest zakłócany przez niedoskonałości jego struktury. W skali mikroskopowej nierówności powierzchni spowalniają na ruch elektronów. Jak się okazuje, kryształy antymonu nie hamują przepływu prądu powierzchniowego mimo nierówności powierzchni. Wygląda to tak, jakby elektrony „omijały" wszystkie przeszkody a nawet przenikały przez nie. Jak mówi Ali Yazdani, fizyk z zespołu badawczego, mikroskopijne bariery na powierzchni tego materiału tworzą szczególny rodzaj fali elektronowej, która najwyraźniej wpływa na wzór przepływu prądu wokół powierzchniowych barier i niedoskonałości.
      Praktyczne zastosowanie odkrycia być może pozwoli na tworzenie pewniejszych połączeń elektrycznych w nanoskali i produkcję szybszych układów elektronicznych.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Nie kończą się nowe pomysły i koncepcje na zastosowanie grafenu - pojedynczej warstwy atomów węgla - w nanotechnologii. Do listy jego wielu atrakcyjnych cech trzeba dodać jeszcze jedną: dobrze współpracuje z DNA.
      Stworzenie nowych bioczujników, pozwalających na szybkie i bezbłędne identyfikowanie przyczyn chorób, to zajęcie wielu naukowców i laboratoriów na świecie. Narodowe Laboratorium Północno-Zachodniego Pacyfiku, należące do Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych oraz Uniwersytet Princeton osiągnęły w tej dziedzinie wymierny sukces, łącząc grafen z ludzkim DNA.
      Podczas badań okazało się, że pojedyncza spirala DNA silnie i trwale łączy się z powłoką grafenową. To podsunęło myśl do sporządzenia czujnika, wykrywającego konkretne DNA w badanych próbkach. Pojedyncza spirala DNA z genu poszukiwanego czynnika chorobotwórczego jest umieszczana na powierzchni grafenu. Ponieważ naturalnym stanem cząstek DNA jest podwójna spirala, oddzielona nitka „poszukuje" odpowiadającej sobie pary. Zatem kiedy taki czujnik zanurzymy w krwi, lub innym płynie ustrojowym, umocowana na grafenie pojedyncza nić DNA będzie działać jak bardzo wybiórczy haczyk, łapiący swój odpowiednik. Jeśli poszukiwany czynnik „złapie przynętę" i przyczepi się do czujnika, ten generuje sygnał, który można zarejestrować.
      Sprawdzono, jaka jest czułość i wybiórczość projektowanego bioczujnika. Podczas prób z dołączanymi do wolno pływających nici DNA fluorescencyjnymi molekułami wykazano, że „łapanie" dokładnie poszukiwanych fragmentów jest dwukrotnie silniejsze niż łapanie fragmentów jedynie podobnych, które mogłyby fałszować wyniki.
      Zbadano też trwałość takiego czujnika - i tu dokonano kolejnego rewelacyjnego odkrycia. Okazało się, że grafen stanowi doskonałą ochronę nici DNA. Podczas prób z DNAzą - enzymem trawiącym DNA - okazało się, że podczas gdy wolno pływające nici są rozkładane natychmiast, nici DNA przytwierdzone do grafenowej powierzchni unikają zniszczenia przez 60 minut.
      Prostota działania i wykonania, oraz wysoka trwałość i skuteczność mogą sprawić, że rozpowszechnienie się tego typu czujników stanie się przełomem w diagnostyce medycznej. Nie koniec to jednak planów zespołu badawczego związanych z odkrytymi właściwościami grafenu. Skoro grafen tak dobrze współdziała z DNA, chcą poszukać sposobu na jej wykorzystanie do dostarczania leków bezpośrednio do chorych komórek, a może nawet wykorzystanie jej w terapii genowej.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W ciągu ostatnich miesięcy media wielokrotnie donosiły o pewnych dość egzotycznych materiałach, z których można wykonać płaskie soczewki, potężne mikroskopy, a nawet pozwolą stworzyć tkaniny, czyniące przykryte nimi osoby i przedmioty niewidzialnymi. Metamateriały, bo o nich mowa, trudno jednak wytworzyć i stosować.
      Uczeni z Princeton University ogłosili właśnie, że opracowali nową metodę produkcji, dzięki której metamateriały nie tylko będą powstawały łatwiej, ale i będą oferowały doskonalsze właściwości.
      Jedną z najważniejszych cech metamateriałów jest negatywny indeks refrakcji. Oznacza to, że zaginają światło, w przeciwnym kierunku do kierunku jego padania. Metamateriały mogą być użyte np. do zagięcia fali elektromagnetycznej (a taką falą jest też światło), wokół obiektu. Tym samym obiekt przykryty metamateriałem byłby niewidzialny.
      Dotychczas zademonstrowano materiały zdolne do zapewnienia niewidzialności, jednak są one bardzo trudne w produkcji. Ponadto metamateriały silnie absorbują światło, przez co nie można ich zastosować w optyce.
      Uczonym z Princeton University udało się opracować nową metodę produkcji metamatriałów. Polega ona na pokryciu materiału niezwykle cienką warstwą półprzewodnika. Co więcej, można to zrobić wykorzystując te same narzędzia, które są używane do produkcji laserów dla telekomunikacji. Nowy metamateriał korzysta z warstw arsenku galowo-indowego i glinowo-indowego. Został on przystosowany do pracy w podczerwieni.
      Każda z warstw półprzewodnika jest cieńsza niż długość fali światła, dla którego został on stworzony. Światło padając na nowy metamateriał, napotyka od razu wiele warstw i reaguje z nimi tak, jakby były jednym unikatowym materiałem.
      Metamateriały, jak już wspomniano, zaginają światło w nietypowy sposób. Jednak nowy metamateriał robi to jeszcze bardziej niezwykle. Gdy promień światła ulega zagięciu (czy to w zwykłym materiale czy w metamateriale), fala świetlna pozostaje równoległa do promienia. W nowym metamateriale zagięciu ulega jedynie promień, ale nie fala. Na komputerowej symulacji daje to wrażenie, jakby promień ześlizgiwał się po boku fali. Właściwość tę widać na dolnej części udostępnionej w Sieci fotografii.
      Dzięki takiemu sposobowi zaginania światła nowy metamateriał absorbuje go znacznie mniej, co czyni go potencjalnie przydatnym w optyce.
      Obecnie uczeni z Princeton pracują nad skonstruowaniem soczewek dla urządzeń wykorzystywanych w badaniach chemicznych. Informują, że jednym z pierwszych szerokich zastosowań nowego metamateriału będzie prawdopodobnie polepszenie właściwości noktowizorów.
×
×
  • Create New...