Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Bakterie w grafenowej osłonce lepiej widać

Recommended Posts

Dzięki grafenowym osłonom można uzyskać pod mikroskopem elektronowym precyzyjniejszy obraz bakterii. Widać je w naturalnych rozmiarach, wzrasta też rozdzielczość.

Grafen tworzy warstwę o jednoatomowej grubości, jest nieprzepuszaczalny, optycznie przezroczysty, poza tym charakteryzuje go wysoka przewodność cieplna. Choć ma grubość zaledwie jednego atomu, nie przepuszcza nawet najdrobniejszych cząsteczek. Co więcej, jest wytrzymały i bardzo elastyczny, można mu więc nadać każdy kształt – wyjaśnia prof. Vikas Berry z Uniwersytetu Stanowego Kansas.

Zespół Berry'ego zajmuje się badaniem grafenu już od 3 lat, jednak dopiero ostatnio naukowcy wpadli na pomysł wykorzystania tego nanomateriału w obrazowaniu komórek pod mikroskopem elektronowym. Wiązka elektronów może być w urządzeniu emitowana tylko w wysokiej próżni. Wytwarza się ją dzięki systemowi pomp. Prowadzi to jednak do usunięcia wody z komórek (zawierają jej od 70 do 80%) i obkurczenia. W rezultacie trudno uzyskać dokładny obraz komórki i jej składowych w stanie naturalnym. Gdy jednak bakterię lub inną komórkę otoczy się grafenową kapsułką, woda pozostaje na swoim miejscu.

Grafen można "owinąć" wokół bakterii na dwa sposoby. Pierwsza metoda polega na ułożeniu na niej arkusza nanomateriału (naukowcy porównują to do przykrywania kocem czy pościelą). Druga polega na umieszczeniu komórki w roztworze, gdzie arkusze ją opatulają ze wszystkich stron. Obie techniki uwzględniają wykorzystanie białka, która nasila wiązanie arkuszy ze ścianą komórkową. Podczas eksperymentów po zapakowaniu w grafen bakterie nie zmieniały wielkości przez pół godziny, co dawało dużo czasu na badania.

Ponieważ grafen jest dobrym przewodnikiem ciepła i elektryczności, odprowadza je poza powłokę, zapewniając klarowny obraz. Nieosłonięte komórki bakteryjne wydają się zaś pod mikroskopem elektronowym ciemne i nie da się odróżnić ich ścian.

Berry ma nadzieję, że dzięki pomysłowi jego zespołu w przyszłości będzie można w czasie rzeczywistym obserwować biochemię bakterii. Łatwiej też będzie badać białka, które zachowują się inaczej, gdy są suche, a inaczej, kiedy znajdują się w roztworze wodnym.

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 2010 roku japońska ekspedycja naukowa wybrała się do Wiru Południowopacyficznego (South Pacyfic Gyre). Pod nim znajduje się jedna z najbardziej pozbawionych życia pustyń na Ziemi. W pobliżu centrum SPG znajduje się oceaniczny biegun niedostępności. A często najbliżej znajdującymi się ludźmi są... astronauci z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Tutejsze wody są tak pozbawione życie, że 1 metr osadów tworzy się tutaj przez milion lat.
      Centrum SPG jest niemal nieruchome, jednak wokół niego krążą prądy oceaniczne, przez które do centrum dociera niewiele składników odżywczych. Niewiele więc tutaj organizmów żywych.
      Japońscy naukowcy pobrali z dna, znajdującego się 6000 metrów pod powierzchnią, rdzeń o długości 100 metrów. Mieli więc w nim osady, które gromadziły się przez 100 milionów lat.
      Niedawno poinformowali o wynikach badań rdzenia. Tak, jak się spodziewali, znaleźli w osadach bakterie, było ich jednak niewiele, od 100 do 3000 na centymetr sześcienny osadów. Później jednak nastąpiło coś, czego się nie spodziewali. Po podaniu pożywienia bakterie ożyły.
      Ożyły i zaczęły robić to, co zwykle robią bakterie, mnożyć się. Dwukrotnie zwiększały swoją liczbę co mniej więcej 5 dni. Powoli, gdyż np. bakterie E.coli dwukrotnie zwiększają w laboratorium swoją liczbę co około 20 minut). Jednak wystarczyło to, by po 68 dniach bakterii było 10 000 razy więcej niż pierwotnie.
      Weźmy przy tym pod uwagę, że mówimy o bakteriach sprzed 100 milionów lat. O mikroorganizmach, które żyły, gdy planeta była opanowana przez dinozaury. Minęły cztery ery geologiczne, a one – chronione przed promieniowaniem kosmicznym i innymi wpływami środowiska przez kilometry wody – czekały w uśpieniu.
      Jeśli teraz uświadomimy sobie, że 70% powierzchni planety jest pokryte osadami morskimi, możemy przypuszczać, że znajduje się w nich wiele nieznanych nam, uśpionych mikroorganizmów sprzed milionów lat.
      Kolejną niespodzianką był fakt, że znalezione przez Japończyków bakterie korzystają z tlenu. Osady, z których je wyodrębniono, są pełne tlenu. Problemem w SPG nie jest zatem dostępność tlenu, a pożywienia.
      To jednak nie koniec zaskoczeń. Okazało się, że wydobyte z osadów bakterie nie tworzą przetrwalników (endosporów). Bakterie przetrwały w inny sposób. Jeszcze większą niespodzianką było znalezienie w jednej z próbek dobrze funkcjonującej populacji cyjanobakterii z rodzaju Chroococcidiopsis. To bakterie potrzebujące światłą, więc zagadką jest, jak przetrwały 13 milionów lat w morskich osadach na głębokości 6000 metrów. Z drugiej strony wiemy, że jest niektórzy przedstawiciele tego rodzaju są wyjątkowo odporni. Tak odporny, że niektórzy mówią o wykorzystaniu ich do terraformowania Marsa.
      Biorąc uwagę niewielkie przestrzenie z powietrzem wewnątrz osadów, brak endosporów i szybkie ożywienie, naukowcy przypuszczają, że bakterie pozostały żywe przez 100 milionów lat, jednak znacząco spowolniły swój cykl życiowy. To zaś może oznaczać, że... są nieśmiertelne.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Międzynarodowy zespół naukowy stworzył wielką bazę danych wszystkich znanych genomów bakteryjnych obecnych w mikrobiomie ludzkich jelit. Baza umożliwia specjalistom badanie związków pomiędzy genami bakterii a proteinami i śledzenie ich wpływu na ludzkie zdrowie.
      Bakterie pokrywają nas z zewnątrz i od wewnątrz. Wytwarzają one proteiny, które wpływają na nasz układ trawienny, nasze zdrowie czy podatność na choroby. Bakterie są tak bardzo rozpowszechnione, że prawdopodobnie mamy na sobie więcej komórek bakterii niż komórek własnego ciała. Zrozumienie wpływu bakterii na organizm człowieka wymaga ich wyizolowania i wyhodowania w laboratorium, a następnie zsekwencjonowania ich DNA. Jednak wiele gatunków bakterii żyje w warunkach, których nie potrafimy odtworzyć w laboratoriach.
      Naukowcy, chcąc zdobyć informacje na temat tych gatunków, posługują się metagenomiką. Pobierają próbkę interesującego ich środowiska, w tym przypadku ludzkiego układu pokarmowego, i sekwencjonują DNA z całej próbki. Następnie za pomocą metod obliczeniowych rekonstruują indywidualne genomy tysięcy gatunków w niej obecnych.
      W ubiegłym roku trzy niezależne zespoły naukowe, w tym nasz, zrekonstruowały tysiące genomów z mikrobiomu jelit. Pojawiło się pytanie, czy zespoły te uzyskały porównywalne wyniki i czy można z nich stworzyć spójną bazę danych, mówi Rob Finn z EMBL's European Bioinformatics Institute.
      Naukowcy porównali więc uzyskane wyniki i stworzyli dwie bazy danych: Unified Human Gastrointestinal Genome i Unified Gastrointestinal Protein. Znajduje się w nich 200 000 genomów i 170 milionów sekwencji protein od ponad 4600 gatunków bakterii znalezionych w ludzkim przewodzie pokarmowym.
      Okazuje się, że mikrobiom jelit jest nie zwykle bogaty i bardzo zróżnicowany. Aż 70% wspomnianych gatunków bakterii nigdy nie zostało wyhodowanych w laboratorium, a ich rola w ludzkim organizmie nie jest znana. Najwięcej znalezionych gatunków należy do rzędu Comentemales, który po raz pierwszy został opisany w 2019 roku.
      Tak olbrzymie zróżnicowanie Comentemales było wielkim zaskoczeniem. To pokazuje, jak mało wiemy o mikrobiomie jelitowym. Mamy nadzieję, że nasze dane pozwolą w nadchodzących latach na uzupełnienie luk w wiedzy, mówi Alexancre Almeida z EMBL-EBI.
      Obie imponujące bazy danych są bezpłatnie dostępne. Ich twórcy uważają, że znacznie się one rozrosną, gdy kolejne dane będą napływały z zespołów naukowych na całym świecie. Prawdopodobnie odkryjemy znacznie więcej nieznanych gatunków bakterii, gdy pojawią się dane ze słabo reprezentowanych obszarów, takich jak Ameryka Południowa, Azja czy Afryka. Wciąż niewiele wiemy o zróżnicowaniu bakterii pomiędzy różnymi ludzkimi populacjami, mówi Almeida.
      Niewykluczone, że w przyszłości katalogi będą zawierały nie tylko informacje o bakteriach żyjących w naszych jelitach, ale również na skórze czy w ustach.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chińscy naukowcy uzyskali wysokiej jakości piankę grafenową z gazów odpadowych pochodzących z pirolizy odpadów organicznych. Chińczycy twierdzą, że ich metoda jest tańsza i bardziej przyjazna dla środowiska niż dotychczasowe sposoby wytwarzania pianki.
      Jak zapewnia Hong Jiang z Chińskiego Uniwersytetu Nauki i Technologi w Hefei, wyprodukowany materiał jest strukturalnie podobny do pianek grafenowych uzyskiwanych standardowymi metodami. Wykazuje on też podobne właściwości elektryczne i oraz równie dobrze absorbuje ciecze takie jak benzen czy parafina.
      Pianki grafenowe to trójwymiarowe wersje płaskich dwuwymiarowych płacht grafenu. Są one wytrzymałem, charakteryzują się dużym przewodnictwem elektrycznym, świetnie przewodzą ciepło. Mają wiele potencjalnych zastosowań. Mogą być używane do przechowywania energii, oczyszczania środowiska, przydadzą się chemikom, sprawdzą w roli bioczujników.
      Zwykle produkuje się je metodą osadzania z fazy gazowej. W metodzie tej gaz zawierający węgiel – np. metan – jest wprowadzany do podgrzanego metalowego substratu, zwykle jest nim pianka aluminiowa lub miedziana. Gdy gaz wchodzi w kontakt z substratem, dochodzi do osadzania się atomów węgla. Po zakończeniu reakcji metal jest wytrawiany i pozostaje grafenowa pianka.
      Osadzanie z fazy gazowej to metoda kosztowna, która wymaga użycia dużych ilości gazu. Dlatego też Jiang i jego zespół postanowili wykorzystać bogate w węgiel gazy z biorafinerii. W tego typu zakładach odpady organiczne są podgrzewane bez dostępu tlenu do temperatury 500 stopni Celsjusza lub wyższej. W procesie pirolizy powstaje biopaliwo.
      Chińczycy wykorzystali dwa składniki roślinne – sproszkowaną celulozę i sproszkowaną ligninę – które poddano pirolizie w temperaturze 800 stopni Celsjusza. Powstałe gazy zostały przefiltrowane, dzięki czemu oddzielono gazy o dużych molekułach. Następnie gazy o drobnych molekułach skierowano do komory osadzania z fazy gazowej, w której znajdowała się pianka aluminiowa. Uzyskany produkt przebadano za pomocą spektroskopii ramanowskiej i skaningowej mikroskopii elektronowej. Są dobrej jakości, nie widać w nich oczywistych defektów, mówi Jiang.
      Oczywiście sproszkowana celuloza i lignina są dalekie od standardowych odpadów organicznych. Dlatego też w kolejny etapie badań naukowcy wykorzystali słomę i trociny. Wyprodukowana z nich pianka grafenowa była nieco gorszej jakości niż ta z celulozy i ligniny. Jednak oba rodzaje miały jednorodną strukturę i świetne właściwości w zastosowaniach środowiskowych oraz do przechowywania energii. Zdaniem Jianga najlepszymi odpadami do produkcji pianek będą te zawierające dużo ligniny, celulozy i hemicelulozy. Jednak użyć można też innych materiałów. Oczywiście różne dodatki znajdujące się w takich odpadach wpłyną na skład pianki. Na przykład jeśli w odpadach będzie znajdowało się dużo azotu i siarki, to pierwiastki te mogą trafić też do pianki, wyjaśnia uczony.
      Edward Randviir z Manchester Metropolitan University, który nie brał udziału w opisywanych badaniach, mówi, że zwykle pianki grafenowe produkuje się za paliw kopalnych lub z czystego grafitu. Warto poszukać alternatyw dla tych materiałów, a Jiang i jego ludzie wykazali, że produkcja grafenu z biomasy jest możliwa. Jest też bardziej przyjazna środowisku i tańsza niż inne metody. Ten drugi element może jednak ulec zmianie. Grafen jest obecnie drogi, gdyż nie istnieją metody produkowania go na masową skalę. Jeśli się to zmieni, cena grafenu powinna spaść.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na North Carolina State Univeristy powstała nowa technika ochrony elektroniki przed promieniowaniem jonizującym. Jest ona tańsza od istniejących metod, a składnikiem, który zapewnił jej sukces jest... rdza.
      Dzięki naszej technice można albo zatrzymać tyle samo promieniowania co wcześniej, obniżając wagę osłon o 30% lub więcej, albo też zachować zachować wagę osłon, ale zatrzymać o co najmniej 30% więcej promieniowania, mówi współautor badań profesor Rob Hayes.
      Promieniowanie jonizujące może uszkodzić urządzenia elektroniczne lub powodować, że będą nieprawidłowo działały. Dlatego też elektronika narażona na takie promieniowanie, jak na przykład podzespoły pracujące w przestrzeni kosmicznej, jest chroniona specjalnymi osłonami.
      Waga jest bardzo ważnym czynnikiem branym pod uwagę przy projektowaniu urządzeń mających trafić poza Ziemię. Najczęściej w formie osłon wykorzystuje się aluminium, będące kompromisem pomiędzy wagą a poziomem oferowanej ochrony.
      Nowa technika polega na wymieszaniu sproszkowanego tlenku metalu, rdzy, z polimerem i wyprodukowanie z tego osłony. Sproszkowany tlenek metalu zapewnia słabszą osłonę niż sproszkowany metal, jednak jest mniej toksyczny i nie ma tutaj obawy o to, że zaburzy pracę urządzenia, wyjaśnia Hayes. Obliczenia wskazują, że sproszkowany tlenek metalu zapewnia podobną ochronę co tradycyjne osłony. Przy promieniowaniu o niskiej energii proszek taki zmniejsza promieniowanie gamma 300-krotnie i zmniejsza nawet o 225% liczbę uszkodzeń spowodowanych przemieszczeniem atomów w sieci krystalicznej w wyniku kolizji z neutronami, wyjaśnia główny autor badań, Mike DeVanzo.
      Jednocześnie, jakie osłony są lżejsze. Symulacje komputerowe wskazują, że w najgorszym scenariuszu takie rozwiązanie absorbuje o 30% więcej promieniowania co tradycyjna osłona o tej samej wadze, dodaje Hayes. Dodatkowo materiał ten jest tańszy niż czysty metal.
      Z artykułem Ionizing radiation shielding properties of metal oxide impregnated conformal coatings można zapoznać się na łamach Radiation Physics and Chemistry.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W budownictwie od dawna wykorzystuje się materiały pochodzenia biologicznego, np. drewno. Gdy się ich używa, nie są już jednak żywe. A gdyby tak stworzyć żyjący budulec, który jest w stanie się rozrastać, a przy okazji ma mniejszy ślad węglowy? Naukowcy nie poprzestali na zadawaniu pytań i zabrali się do pracy, dzięki czemu uzyskali beton i cegły z bakteriami.
      Zespół z Uniwersytetu Kolorado w Boulder podkreśla, że skoro udało się utrzymać przy życiu pewną część bakterii, żyjące, i to dosłownie, budynki nie są wcale tylko i wyłącznie pieśnią przyszłości.
      Pewnego dnia takie struktury będą mogły, na przykład, same zasklepiać pęknięcia, usuwać z powietrza niebezpieczne toksyny, a nawet świecić w wybranym czasie.
      Na razie technologia znajduje się w powijakach, ale niewykluczone, że kiedyś żyjące materiały poprawią wydajność i ekologiczność produkcji materiałów budowlanych, a także pozwolą im wyczuwać i wchodzić w interakcje ze środowiskiem - podkreśla Chelsea Heveran.
      Jak dodaje Wil Srubar, obecnie wytworzenie cementu i betonu do konstruowania dróg, mostów, drapaczy chmur itp. generuje blisko 6% rocznej światowej emisji dwutlenku węgla.
      Wg Srubara, rozwiązaniem jest "zatrudnienie" bakterii. Amerykanie eksperymentowali z sinicami z rodzaju Synechococcus. W odpowiednich warunkach pochłaniają one CO2, który wspomaga ich wzrost, i wytwarzają węglan wapnia (CaCO3).
      Naukowcy wyjaśnili, w jaki sposób uzyskali LBMs (od ang. living building material, czyli żyjący materiał), na łamach pisma Matter. Na początku szczepili piasek żelatyną, pożywkami oraz bakteriami Synechococcus sp. PCC 7002. Wybrali właśnie żelatynę, bo temperatura jej topnienia i przejścia żelu w zol wynosi ok. 37°C, co oznacza, że jest kompatybilna z temperaturami, w jakich sinice mogą przeżyć. Poza tym, schnąc, żelatynowe rusztowania wzmacniają się na drodze sieciowania fizycznego. LBM trzeba schłodzić, by mogła się wytworzyć trójwymiarowa hydrożelowa sieć, wzmocniona biogenicznym CaCO3.
      Przypomina to nieco robienie chrupiących ryżowych słodyczy, gdy pianki marshmallow usztywnia się, dodając twarde drobinki.
      Akademicy stworzyli łuki, kostki o wymiarach 50x50x50 mm, które były w stanie utrzymać ciężar dorosłej osoby, i cegły wielkości pudełka po butach. Wszystkie były na początku zielone (sinice to fotosyntetyzujące bakterie), ale stopniowo brązowiały w miarę wysychania.
      Ich plusem, poza wspomnianym wcześniej wychwytem CO2, jest zdolność do regeneracji. Kiedy przetniemy cegłę na pół i uzupełnimy składniki odżywcze, piasek, żelatynę oraz ciepłą wodę, bakterie z oryginalnej części wrosną w dodany materiał. W ten sposób z każdej połówki odrośnie cała cegła.
      Wyliczenia pokazały, że w przypadku cegieł po 30 dniach żywotność zachowało 9-14% kolonii bakteryjnych. Gdy bakterie dodawano do betonu, by uzyskać samonaprawiające się materiały, wskaźnik przeżywalności wynosił poniżej 1%.
      Wiemy, że bakterie rosną w tempie wykładniczym. To coś innego niż, na przykład, drukowanie bloku w 3D lub formowanie cegły. Gdybyśmy mogli uzyskiwać nasze materiały [budowlane] na drodze biologicznej, również bylibyśmy w stanie produkować je w skali wykładniczej.
      Kolejnym krokiem ekipy jest analiza potencjalnych zastosowań platformy materiałowej. Można by dodawać bakterie o różnych właściwościach i uzyskiwać nowe materiały z funkcjami biologicznymi, np. wyczuwające i reagujące na toksyny w powietrzu.
      Budowanie w miejscach, gdzie zasoby są mocno ograniczone, np. na pustyni czy nawet na innej planecie, np. na Marsie? Czemu nie. W surowych środowiskach LBM będą się sprawować szczególnie dobrze, ponieważ do wzrostu wykorzystują światło słoneczne i potrzebują bardzo mało materiałów egzogennych. [...] Na Marsa nie zabierzemy ze sobą worka cementu. Kiedy wreszcie się tam wyprawimy, myślę, że naprawdę postawimy na biologię.
      Badania sfinansowała DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych).

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...