Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Czujnik ładowany rapem
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Medycyna
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z Politechniki Gdańskiej, wraz z uczonymi z Danii i Brazylii, pracują nad nową generacją nieszkodliwych dla środowiska materiałów piezoelektrycznych, które mogą posłużyć np. do budowy biokompatybilnych przetworników ultradźwiękowych nowej generacji. Prace koncentrują się wokół niedawno odkrytego podobnego do piezoelektryczności zjawiska elektrostrykcji.
Piezoelektryczność polega na przekształcaniu energii mechanicznej w elektryczną i odwrotnie. Na co dzień korzystamy z wielu urządzeń piezoelektrycznych, od zapalarek, przez zegarki kwarcowe po głośniki. Piezoelektryki znajdziemy m.in. w głowicach USG czy wagach cyfrowych.
Koncepcja działania piezoelektryków jest prosta, jednak poważnym problemem, z którym nauka zmaga się od ponad 100 lat, jest znalezienie nieszkodliwych dla środowiska materiałów wykazujących duży efekt piezoelektryczny. W piezoelektrykach powszechnie stosuje się bowiem ołów.
Przed około 10 laty odkryto podobny do piezoelektryczności efekt elektrostrykcji i okazało się, że w tlenku ceru jest on znacznie większy niż zjawisko piezolektryczne w większości materiałów. Dlatego też profesor Sebastian Molin z Wydziału Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki Politechniki Gdańskiej pracuje nad bazującymi na tlenku ceru bezołowiowymi biokompatybilnymi materiałami elektrostyrykcyjnymi. Zadaniem mojego zespołu jest wytworzenie nowych materiałów na bazie tlenku ceru o określonych właściwościach, natomiast nasi duńscy partnerzy będą badali je pod kątem ich możliwości piezoelektrycznych oraz zastosowania w praktycznych układach generacyjnych. Nasza grupa będzie stosować różne parametry syntezy materiałów, różne domieszki i modelować te materiały, by uzyskać najlepsze efekty, mówi uczony.
Badania odbywają się w ramach międzynarodowego projektu m-era.net, a partnerami Polaków są naukowcy z Duńskiego Uniwersytetu Technologicznego, CTS Ferroperm oraz Universidade Federal do ABC.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Inżynierowie z University of California, Berkeley, zaprezentowali sposób na zmniejszenie minimalnego napięcia koniecznego do przechowywania ładunku w kondensatorze. Im szybciej działa komputer, tym cieplejszy się staje. Tak więc kluczowym problemem w produkcji szybszych mikroprocesorów jest spowodowanie, by ich podstawowy element, tranzystor, był bardziej energooszczędny - mówi Asif Khan, jeden z autorów odkrycia. Niestety tranzystory nie stają się na tyle energooszczędne, by dotrzymać kroku zapotrzebowaniu na coraz większe moce obliczeniowe, co prowadzi do zwiększenia poboru mocy przez mikroprocesory - dodaje uczony.
W laboratorium Sayeefa Salahuddina, w którym jest zatrudniony Khan, od 2008 roku trwają prace nad zwiększeniem wydajności tranzystorów. W końcu, dzięki wykorzystaniu ferroelektryków, udało się osiągnąć założony cel.
Ferroelektryki przechowują zarówno ładunki dodatnie jak i ujemne. Co więcej, składują je nawet po odłączeniu napięcia. Ponadto ich bardzo przydatną cechą jest możliwość zmiany polaryzacji elektrycznej za pomocą zewnętrznego pola elektrycznego.
Naukowcy z Berkeley udowodnili, że w kondensatorze, w którym ferroelektryk połączono z dielektrykiem, można zwiększyć ładunek zgromadzony dla napięcia o konkretnej wartości.
To prototypowe prace, które pozwolą nam wykorzystać zjawisko ujemnej pojemności, by zmniejszyć napięcie wymagane przez współczesne tranzystory - mówi Salahuddin, który już będąc studentem zastanawiał się nad zjawiskiem ujemnej pojemności w ferroelektrykach. Jeśli wykorzystamy to zjawisko do stworzenia niskonapięciowego tranzystora bez jednoczesnego zmniejszania jego wydajności i szybkości pracy, możemy zmienić cały przemysł komputerowy - dodaje uczony.
Naukowcy połączyli ferroelektryk cyrkonian-tytanian ołowiu (PZT) z dielektrykiem tytanianem strontu (STO). Następnie do PZT-STO przyłożyli napięcie elektryczne i porównali jego pojemność elektryczną do pojemności samego STO.
W strukturze z ferroelektrykiem zaobserwowaliśmy dwukrotne zwiększenie różnicy potencjałów elektrycznych przy tym samym przyłożonym napięciu, a różnica ta może być jeszcze większa - mówią uczeni.
Zwiększająca się gęstość upakowania tranzystorów i zmniejszające się ich rozmiary nie pociągnęły za sobą odpowiedniego spadku wymagań co do poboru prądu potrzebnego do pracy. W temperaturze pokojowej do 10-krotnego zwiększenia ilości prądu przepływającego przez tranzystor wymagane jest napięcie co najmniej 60 miliwoltów. Jako, że różnica pomiędzy stanami 0 i 1 w tranzystorze musi być duża, to do sterowania pracą tranzystora konieczne jest przyłożenie napięcia nie mniejszego niż mniej więcej 1 wolt.
To wąskie gardło. Prędkość taktowania procesorów nie ulega zmianie od 2005 roku i coraz trudniej jest dalej zmniejszać tranzystory - mówi Khan. A im mniejsze podzespoły, tym trudniej je schłodzić.
Salahuddin i jego zespół proponują dodać do architektury tranzystorów ferroelektryk, dzięki któremu można będzie uzyskać większy ładunek z niższego napięcia. Takie tranzystory będą wydzielały mniej ciepła, więc łatwiej będzie je schłodzić.
Zdaniem uczonych warto też przyjrzeć się ferroelektrykom pod kątem ich zastosowania w układach DRAM, superkondensatorach czy innych urządzeniach do przechowywania energii.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
By zwiększyć siłę oddziaływania radio- i chemioterapii, opracowano miniaturowy generator tlenu, który wszczepia się do guzów litych. Jego autorem jest prof. Babak Ziaie z Purdue University.
Ziaie od lat pracuje nad różnego rodzaju urządzeniami medycznymi, głównie dla onkologów. Przed prawie 2 laty zaproponował magnetyczny ferropapier. Przewidywano, że zostanie on wykorzystany np. do budowy miniaturowych silników dla narzędzi chirurgicznych, niewielkich nożyczek do cięcia komórek czy niezwykle małych głośników. W 2008 r. w jego laboratorium pracowano nad uproszczoną wersją dozymetru, by lekarze mogli precyzyjnie określić ilość promieniowania, jaką podczas radioterapii zaaplikowano guzowi.
Najnowsza technologia Amerykanów jest przeznaczona dla guzów litych, w których centrum naturalnie występują niewielkie stężania tlenu. To niekorzystne zjawisko, ponieważ skuteczna radioterapia wymaga tlenu. To właśnie z tego powodu niektóre hipoksyczne [niedotlenione] obszary trudno zabić. Raki trzustki i szyjki macicy są chronicznie hipoksyczne. Jeśli wygeneruje się tlen, można jednak zwiększyć skuteczność radio- i chemioterapii – wyjaśnia Ziaie.
W niektórych komórkach nowotworowych mamy do czynienia z chroniczną hipoksją, ponieważ znajdują się one zbyt daleko od naczynia krwionośnego. Są promieniooporne, ponieważ brakuje w nich tlenu odpowiedzialnego za utrwalanie wywołanych promieniowaniem uszkodzeń DNA. Wszczepialny mikrogenerator tlenu rozwiązuje ten problem. Urządzenie otrzymuje sygnały ultradźwiękowe i wykorzystuje niewielkie napięcie do elektrolizy wody do tlenu i wodoru. Umieszczamy urządzenie wewnątrz guza i wystawiamy go na oddziaływanie ultradźwięków. Energia ultradźwięków zasila aparat, pozwalając uzyskać tlen.
Urządzenie skonstruowano w Centrum Nanotechnologii Bircka Purdue University. Przetestowano je na rakach trzustki zaimplantowanych myszom. Okazało się, że w grupie eksperymentalnej guzy kurczyły się szybciej niż u gryzoni przechodzących standardowe leczenie. Aparat ma nieco poniżej 1 cm długości. Wprowadza się go do guza za pomocą igły do biopsji hipodermicznej.
Ze szczegółowymi wynikami badań można się zapoznać na łamach pisma Transactions on Biomedical Engineering.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po pięciu latach badań laboratorium kierowane przez Zhong Lin Wanga z Georgia Technology Institute, poinformowało o stworzeniu nanogeneratorów zdolnych do zasilania konwencjonalnych urządzeń elektronicznych.
Nanogeneratory Wanga zbudowane są z materiałów piezoelektrycznych, takich jak tlenek cynku. Pod wpływem ruchu uginają się one i prostują, generując energię elektryczną. Zespół Wanga stworzył nanogeneratory zdolne do wytworzenia energii o napięciu trzech woltów i natężeniu 300 nanoamperów. To wystarczy do zasilenia niewielkich wyświetlaczy ciekłokrystalizcnych, LED-ów czy diod laserowych. Jeśli uda nam się utrzymać obecne tempo udoskonalania naszego produktu, to będziemy w stanie wbudowywać go w urządzenia medyczne, elektronikę osobistą czy urządzenia do monitorowania środowiska - mówi Wang.
Pierwsze wersje nanogeneratorów z tlenku cynku zakładały hodowanie nanoprzewodów na sztywnym podłożu i dołączanie do nich metalowych elektrod. Najnowsze nanogeneratory wykorzystują polimery i są znacznie łatwiejsze w produkcji.
Naukowcy z Georgia Technology Institute (Gatech) najpierw hodują nanoprzewody na substracie, a następnie odcinają je od niego i umieszczają w roztworze alkoholu. Całość podlega wysuszeniu na cienkiej metalowej elektrodzie i cienkim kawałku elastycznego polimeru. Po wysuszeniu pierwszej warstwy, jest na niej układana kolejna i jeszcze następna. Proces jest łatwo skalowalny i pozwala na produkcję wydajnych nanogeneratorów. Takie urządzenie o wymiarach 1,5x2 centymetry jest już w stanie zasilić wyświetlacz kalkulatora. Wang mówi, że w najbliższym czasie zaprezentuje nanogeneratory zdolne do zasilania urządzeń monitorujących środowisko pod kątem obecności toksycznych gazów i wysyłających ostrzeżenie. Taki system mógłby zawierać niewielkie kondensatory, gromadzące energię po to, by w miarę potrzeby wysłać silny sygnał ostrzegawczy.
Grupa Wanga czyni tak szybkie postępy, że nanogeneratory zdolne do zasilania nowoczesnych odtwarzaczy MP3 czy rozruszników serca powinny powstać w ciągu 3-5 lat. Wystarczy bowiem przypomnieć, że obecne pokolenie nanogeneratorów jest 100-krotnie bardziej wydajne niż to sprzed roku.
W przyszłości postęp będzie zapewne równie szybki, gdyż grupa Wanga opracowała metodę prostszej produkcji nanowłókien tworzonych na bazie cyrkonu i tytanianu ołowiu. Nanowłókna takie są trudne w produkcji, gdyż do wzrostu wymagają temperatury 650 stopni Celsjusza. Opracowana na Gatech metoda dekompozycji hydrotermalnej pozwala na obniżenie tej temperatury do 230 stopni.
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Profesor Babak Ziaie z Purdue University jest autorem nowatorskiej pompy dostarczającej leki do organizmu. Jego urządzenie pozwoli chorym na samodzielne aplikowanie lekarstw, które do tej pory musiał ktoś im podawać.
Obecnie substancje chemiczne - jak np. nikotyna - są podawane przez skórę, jednak metoda ta ma poważne ograniczenie. Znajduje ona zastosowanie tylko w przypadku tych nielicznych substancji, które są zbudowane z małych hydrofobowych molekuł. Tymczasem większość nowoczesnych lekarstw stworzonych jest z dużych molekuł, które przez skórę nie przejdą. Wielu z nich - na przykład środków stosowanych przy terapii nowotworów czy chorób autoimmunologicznych - nie można podać doustnie, gdyż nie przedostają się z układu pokarmowego do krwi.
W takich przypadkach stosuje się zastrzyki, co jednak wymaga obecności przeszkolonej osoby.
Profesor Ziaie postanowił umożliwić chorym samodzielne aplikowanie sobie leków za pośrednictwem plastrów zawierających dużą liczbę mikroigieł. Stosowanie plastrów jest bezbolesne, gdyż igły wbijają się na niewielką głębokość. Ponadto plaster po użyciu można odlepić i wyrzucić.
Problemem pozostaje jednak sam mechanizm wstrzykiwania leków. Przy mikroigłach, których średnica wynosi zaledwie 20 mikronów, konieczne jest użycie pompy. Jednak dostępne na rynku miniaturowe pompy są zbyt skomplikowane, by można było wbudować je w plastry.
Babak Ziaie wraz ze swoim zespołem, w skład którego wchodzili m.in. Charilaos Mousoulis i Manuel Ochoa, opracował prostą pompę, która jest aktywowana dotknięciem palca i nie wymaga korzystania z baterii. Pompa zawiera płyn, który wrze w temperaturze ludzkiego ciała. Wystarczy więc na 20-30 sekund przyłożyć palec do pompy, by pojawiła się para i wzrosło ciśnienie, które wypycha lekarstwo przez igły.
Wspomniany płyn nie przedostaje się do organizmu, gdyż jest oddzielony od lekarstwa cienką membraną wykonaną z polidimetylosiloksanu.
Testy nowej pompy zostały przeprowadzone z użyciem fluorowęglanów. Jak zauważył Ziaie do wypchnięcia lekarstwa przez mikroigły i wstrzyknięcia go w skórę potrzebna jest dość duża siła, rzędu kilku funtów na cal kwadratowy. Bardzo trudno jest znaleźć miniaturową pompę wytwarzającą taką siłę. Podczas eksperymentów z fluorowęglanem HFE-7000 uzyskano 4,87 psi (funtów na cal), a z FC-3284 - 2,24 psi.
W najbliższej przyszłości uczeni chcą zbadać działanie swojej pompy z dołączonymi mikroigłami.
Szczegóły prac zostaną zaprezentowane podczas 14. Międzynarodowej konferencji na temat miniaturowych systemów w chemii i naukach biologicznych, która odbędzie się w październiku w Groningen.
Uczeni złożyli wniosek o opatentowanie swojej technologii.
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.