Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Symbioza, fotosynteza i inżynieria tkankowa
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Medycyna
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy zaobserwowano, w czasie rzeczywistym i skali molekularnej, jak powstaje woda. Naukowcy z Northwestern University zarejestrowali łączenie się atomów wodoru i tlenu. Obserwacji dokonano w ramach badań, w czasie których uczeni chcieli zrozumieć działanie palladu jako katalizatora reakcji prowadzącej do powstawania wody.
Uzyskanie wody za mocą palladu nie wymaga ekstremalnych warunków, zatem może być wykorzystane w praktyce do pozyskania wody tam, gdzie jest trudno dostępna. Na przykład na innych planetach. Przypomnijmy sobie Marka Watneya, granego przez Matta Damona w „Marsjaninie”. Spalał paliwo rakietowe, by uzyskać wodór, a następnie dodawał do niego tlen. Nasz proces jest bardzo podobny, ale nie potrzebujemy ognia i innych ekstremalnych warunków. Po prostu zmieszaliśmy pallad i gazy, mówi jeden z autorów badań, profesor Vinayak Dravid.
O tym, że pallad może być katalizatorem do generowania wody, wiadomo od ponad 100 lat. To znane zjawisko, ale nigdy go w pełni nie rozumieliśmy, wyjaśnia doktorant Yukun Liu, główny autor badań. Młody uczony dodaje, że do zrozumienia tego procesu konieczne było połączenie analizy struktury w skali atomowej oraz bezpośredniej wizualizacji. Wizualizowanie całego procesu było zaś niemożliwe.
Jednak w styczniu 2024 roku na łamach Science Advances profesor Dravid opisał nowatorką metodę analizowania molekuł gazu w czasie rzeczywistym. Uczony wraz z zespołem stworzyli ultracienką membranę ze szkła, która więzi molekuły gazu w reaktorach o strukturze plastra miodu. Uwięzione atomy można obserwować za pomocą transmisyjnego mikroskopu elektronowego w próżni wysokiej.
Za pomocą nowej metody uczeni zaobserwowali, jak atomy wodoru wnikają do próbki palladu, rozszerzając jej sieć atomową. Po chwili – ku zaskoczeniu uczonych – na powierzchni palladu pojawiły się krople wody. Myślę, że to najmniejsze kiedykolwiek zaobserwowane krople. Tego się nie spodziewaliśmy. Na szczęście nagraliśmy to i możemy udowodnić, że nie oszaleliśmy, cieszy się Liu.
Po potwierdzeniu, że pojawiła się woda, naukowcy zaczęli szukać sposobu na przyspieszenie reakcji. Zauważyli, że najszybciej zachodzi ona, gdy najpierw doda się wodór, później tlen. Atomy wodoru wciskają się między atomy palladu, rozszerzając próbkę. Gdy do całości zostaje dodany tlen, wodór opuszcza pallad, by połączyć się z tlenem, a próbka kurczy się do wcześniejszych rozmiarów.
Badania prowadzone były w nanoskali, ale wykorzystanie większych kawałków palladu pozwoliłoby na uzyskanie większej ilości wody. Autorzy badań wyobrażają sobie, że w przyszłości astronauci mogliby zabierać ze sobą pallad wypełniony wodorem. Gdy będą potrzebowali wody, dodadzą tlen. Pallad jest drogi, ale nasza metoda go nie zużywa. Jedyne, co jest tutaj zużywane, to gaz. A wodór to najpowszechniej występujący gaz we wszechświecie. Po reakcji pallad można wykorzystywać ponownie, mówi Liu.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Od niemal 1,5 roku na powierzchni Marsa pracuje MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment), które wytwarza tlen z marsjańskiej atmosfery. Urządzenie, znajdujące się na pokładzie łazika Perseverance, trafiło na Czerwoną Planetę w lutym 2021, a pierwszy tlen wytworzyło 20 kwietnia.
Naukowcy z MIT i NASA informują, że do końca 2021 roku MOXIE uruchamiano siedmiokrotnie, podczas różnych pór roku, w różnych warunkach atmosferycznych, zarówno w ciągu dnia jak i nocy. Za każdym razem eksperymentalny instrument osiągał swój cel i produkował 6 gramów tlenu na godzinę. To mniej więcej tyle co średniej wielkości drzewo na Ziemi.
Badacze przewidują, że zanim na Marsie wyląduje pierwszy człowiek, zostanie tam wysłana większa wersja MOXIE, zdolna do produkcji kilkunastu lub kilkudziesięciu kilogramów tlenu na godzinę. Takie urządzenie zapewniałoby nie tylko tlen do oddychania, ale również tlen potrzebny do wyprodukowania paliwa, dzięki któremu astronauci mogliby wrócić na Ziemię. MOXIE to pierwszy krok w kierunku realizacji tych zamierzeń.
MOXIE to jednocześnie pierwsze urządzenie na Marsie, które wykorzystuje lokalne surowce – w tym przypadku dwutlenek węgla – do produkcji potrzebnych nam zasobów. To pierwsza w historii praktyczna demonstracja wykorzystania zasobów z innej planety i przekształcenia ich w coś, co można wykorzystać podczas misji załogowej, mówi profesor Jeffrey Hoffman z Wydziału Aeronautyki i Astronautyki MIT. Nauczyliśmy się bardzo wielu rzeczy, dzięki którym będziemy mogli przygotować większy system tego typu, dodaje Michael Hecht z Haystack Observatory na MIT, główny badacz misji MOXIE.
Obecna wersja MOXIE jest niewielka. Urządzenie ma się zmieścić na pokładzie łazika. Ponadto zaprojektowano je z myślą o działaniu przez krótki czas. Prowadzenie eksperymentów z użyciem MOXIE zależy od innych badań prowadzonych przez łazik. Docelowa pełnowymiarowa wersja urządzenia miałaby pracować bez przerwy.
MOXIE najpierw pobiera gaz z atmosfery Marsa. Przechodzi on przez filtr usuwający zanieczyszczenia. Gaz jest następnie kompresowany i przesyłany do instrumentu SOXE (Solid OXide Electrolyzer), który elektrochemicznie rozbija CO2 na jony tlenu i tlenek węgla. Jony są następnie izolowane i łączone, by uzyskać tlen molekularny O2. Jest ona następnie badany pod kątem ilości i czystości, a później uwalniany wraz z innymi gazami do atmosfery Marsa.
Po uruchomieniu MOXIE najpierw przez kilka godzin się rozgrzewa, później przez godzinę produkuje tlen, a następnie kończy pracę. Każdy z siedmiu eksperymentów zaplanowano tak, by odbywał się w różnych warunkach. Naukowcy chcieli sprawdzić, czy urządzenie poradzi sobie z takim wyzwaniem. Atmosfera Marsa jest znacznie bardziej zmienna niż atmosfera Ziemi. Jej gęstość w ciągu roku może zmieniać się o 100%, a zmiany temperatury dochodzą do 100 stopni Celsjusza. Jednym z celów naszych eksperymentów było sprawdzenie, czy MOXIE będzie działało o każdej porze roku, wyjaśnia Hoffman. Dotychczas urządzenie produkowało tlen niemal o każdej porze dnia i nocy. Nie sprawdzaliśmy jeszcze, czy może pracować o świcie lub zmierzchu, gdy dochodzi do znacznych zmian temperatury. Ale mamy asa w rękawie. Testowaliśmy MOXIE w laboratorium i sądzę, że będziemy w stanie udowodnić, iż rzeczywiście radzi sobie o każdej porze doby, zapowiada Michael Hecht.
Na tym jednak ambitne plany się nie kończą. Inżynierowie planują przeprowadzenie testów marsjańską wiosną, gdy gęstość atmosfery i poziom CO2 są najwyższe. Uruchomimy MOXIE przy największej gęstości atmosfery i spróbujemy pozyskać najwięcej tlenu jak to tylko będzie możliwe. Ustawimy najwyższą moc na jaką się odważymy i pozwolimy urządzeniu pracować tak długo, jak będziemy mogli, dodaje menedżer.
MOXIE jest jednym z wielu eksperymentów na pokładzie Perseverance, nie może więc pracować bez przerwy, energia potrzebna jest też do zasilania innych urządzeń. Dlatego tez instrument jest uruchamiany i zatrzymywany, to zaś prowadzi do dużych zmian temperatury, które z czasem mogą niekorzystnie wpływać na urządzenie. Dlatego też inżynierowie analizują prace MOXIE pod kątem zużycia. To bardzo potrzebne badania. Jeśli bowiem mała wersja MOXIE wytrzyma wielokrotne uruchamianie, ogrzewanie, pracę i schładzanie się, to duża wersja, działająca bez przerwy, powinna być w stanie pracować przez tysiące godzin.
Na potrzeby misji załogowej będziemy musieli przywieźć na Marsa wiele różnych rzeczy, jak komputery, skafandry czy pomieszczenia mieszkalne. Po co więc brać jeszcze ze sobą tlen, skoro można go wytworzyć na miejscu, mówi Hoffman.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wody oceaniczne na średnich głębokościach (200–1000 m), które są domem dla wielu gatunków ryb, zaczęły w nienaturalnym tempie tracić tlen – ostrzegają chińscy uczeni na łamach pisma Amerykańskiej Unii Geofizycznej. Do roku 2080 aż 70% światowych oceanów może się dusić z powodu braku tlenu spowodowanego zmianami klimatycznymi. Nowe badania pokazały, że w ubiegłym roku doszło do przekroczenia punktu krytycznego utraty tlenu.
Tlen rozpuszczony w oceanach jest potrzebny żyjącym tam zwierzętom do oddychania. Jednak ogrzewające się wody zawierają mniej tlenu. Naukowcy od lat obserwują powolny spadek ilości tlenu w wodach oceanicznych. Jednak najnowsze badania pokazują, że sytuacja jest bardziej dramatyczna, niż sądzono.
Autorzy badań opublikowanych na łamach Geophysical Research Letters wykorzystali modele klimatyczne do sprawdzenia, jak i kiedy poziom utraty tlenu w wodach oceanicznych będzie większy niż naturalna zmienność. Okazało się, że na średnich głębokościach do przekroczenia poziomu naturalnej zmienności doszło prawdopodobnie w 2021 roku. Jeśli to prawda, wpłynie to np. na rybołówstwo na całym świecie. Modele przewidują, że do roku 2080 wszystkie strefy oceaniczne doświadczą większej niż naturalna utraty tlenu.
Na głębokości od 200 do 1000 metrów rozciąga się strefa mezopelagialu. Wiele gatunków komercyjnie poławianych ryb żyje właśnie w tej strefie. Ubytek tlenu oznacza, że ucierpi rybołówstwo i dostawy żywności, nie mówiąc już o stratach środowiskowych.
Wraz z globalnym ociepleniem rośnie temperatura wód oceanicznych. A w ciepłej wodzie rozpuszcza się mniej tlenu, co z kolei zmniejsza mieszanie się poszczególnych warstw wody. Mezopelagial jest szczególnie wrażliwy na ubytek tlenu, gdyż z jednej strony nie jest wzbogacany tlenem z atmosfery oraz fotosyntezy, jak wyżej położone warstwy, a z drugiej to w nim zachodzi większość zużywających tlen procesów rozkładu glonów.
Dla nas to bardzo ważna strefa oceanu, gdyż żyje w niej wiele komercyjnie poławianych gatunków ryb. Ubytek tlenu wpływa też na inne morskie zasoby, ale ryby są dla nas najważniejsze i mają największy wpływ na naszą codzienną dietę, mówi główna autorka badań, Yuntao Zhou z Shanghai Jiao Tong University. Oceanograf Matthew Long z amerykańskiego Narodowego Centrum Badań Atmosferycznych (NCAR), który nie brał udziału w badaniach, komentuje, że badania chińskich uczonych pokazują, jak pilna jest potrzeba zapobiegania zmianom klimatu. Ludzkość zmienia obecnie stan metaboliczny największego ekosystemu na planecie, a konsekwencji tej zmiany nie znamy.
Chińscy naukowcy przyjrzeli się utracie tlenu w epipelagialu (0–200 m), mezopelagialu (200–1000 m) i batypelagialu (1000–4000 m). Poddali analizie matematycznej dane, by sprawdzić, kiedy zmiany w ilości rozpuszczone w nich tlenu będą większe, niż naturalna zmienność. Połączyli je z dwoma modelami klimatycznymi – jednym zakładającym wysoką emisję gazów cieplarnianych przez człowieka i drugim, zakładającym niską emisję.
W obu zbadanych scenariuszach to właśnie mezopelagial jest tą strefą, która najszybciej traci tlen, a utrata występuje na największym obszarze globalnych oceanów. W scenariuszu niskiej emisji proces utraty ponad naturalną zmienność rozpoczyna się 20 lat później, niż w scenariuszu emisji wysokiej. To zaś pokazuje, że ograniczenie emisji może pomóc w opóźnieniu niekorzystnych zmian.
Naukowcy zauważyli tez, że oceany położone bliżej biegunów są bardziej narażone na utratę tlenu. Nie wiadomo, dlaczego tak się dzieje, ale może mieć to związek z faktem, że okolice biegunów ocieplają się najszybciej. Dochodzi też do rozszerzania tropikalnych stref znanych z niskiej zawartości tlenu, mówi Zhou. Strefy o minimalnej zawartości tlenu rozprzestrzeniają się na wyższe szerokości geograficzne, zarówno na północ, jak i południe. To zjawisko, na które powinniśmy zwrócić więcej uwagi, stwierdza uczona. Obecnie nie wiadomo, czy gdyby całkowicie udało się powstrzymać globalne ocieplenie, to czy poziom tlenu w oceanach powrócił do epoki przedprzemysłowej.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Łazik Perseverance dokonał kolejnego ważnego kroku w kierunku załogowej eksploracji Marsa. Znajdujący się na nim instrument MOXIE (Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment) wykorzystał bogatą w węgiel atmosferę Marsa do wytworzenia tlenu. Udany eksperyment przeprowadzono przed dwoma dniami, 20 kwietnia. Bez możliwości produkcji i przechowywania tleny na Marsie trudno będzie myśleć o załogowej misji na Czerwoną Planetę.
To krytyczny krok w kierunku zamiany dwutlenku węgla na tlen na Marsie. MOXIE ma jeszcze sporo do roboty, ale uzyskane właśnie wyniki są niezwykle obiecujące, gdyż pewnego dnia chcemy wysłać ludzi na Marsa. Tlen to nie tylko coś, czym oddychamy. Napędy rakietowe zależą od tlenu, a przyszłe misje załogowe będą uzależnione od produkcji na Marsie paliwa, które pozwoli astronautom wrócić do domu, mówi Jim Reuter dyrektor w Space Technology Mission Directorate (STMD).
Inżynierowie obliczają, że do przywiezienia 4 astronautów z Marsa na Ziemię rakieta będzie potrzebowała 7 ton paliwa i 25 ton tlenu. To znacznie więcej, niż potrzeba ludziom do oddychania. Ci sami astronauci podczas rocznego pobytu na Marsie zużyją może 1 tonę tlenu, mówi Michael Hecht z Massachusetts Institute of Technology.
Przewożenie 25 ton tlenu z Ziemi na Marsa byłoby bardzo trudnym i kosztownym przedsięwzięciem. Znacznie łatwiej będzie przetransportować większą wersję MOXIE, 1-tonowe urządzenie, które na miejscu wyprodukuje tlen potrzebny do powrotu.
Atmosfera Marsa w 96% składa się z dwutlenku węgla. MOXIE oddziela atomy tlenu od molekuł dwutlenku węgla, uwalniając do atmosfery Marsa tlenek węgla. Konwersja odbywa się w temperaturze około 800 stopni Celsjusza, dlatego MOXIE jest zbudowany ze specjalnych materiałów, w tym wydrukowanych w 3D stopów aluminium, w których odbywa się ogrzewanie i chłodzenie gazów oraz aerożelu działającego jak izolacja. Z zewnątrz MOXIE pokryte jest cienką warstwą złota, które zatrzymuje promieniowanie podczerwone wewnątrz urządzenia, chroniąc w ten sposób inne elementy łazika Perseverance.
Podczas pierwszego testu MOXIE wytworzył około 5 gramów tlenu, co wystarczyłoby człowiekowi na około 10 minut oddychania. Urządzenie jest w stanie wytworzyć do 10 gramów tlenu na godzinę.
Przeprowadzony właśnie test miał pokazać, czy urządzenie bez szwanku przetrwało start, podróż i lądowanie na Marsie. NASA chce jeszcze co najmniej 9-krotnie prowadzić testy MOXIE. To nie jest po prostu pierwsze urządzenie, które wyprodukowało tlen na innej planecie. To pierwsza technologia tego typu, która ma wspomóc przyszłe misje wykorzystując lokalnie występujące zasoby, stwierdza Trudy Kortes odpowiedzialna w STMD za demonstracje technologii.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Na Purdue University powstaje wkładka, która może wspomóc gojenie wrzodów związanych ze stopą cukrzycową.
Jednym z najlepszych sposób na wygojenie tych ran jest dotlenianie. Stworzyliśmy system, który stopniowo uwalnia tlen w ciągu dnia, dzięki czemu pacjent zyskuje większą mobilność - opowiada prof. Babak Ziaie.
Przyczyną neuropatii cukrzycowej jest za wysokie stężenie glukozy we krwi. Końcowe produkty glikacji wywołują zmiany w nerwach, np. zanik osłonek mielinowych. Chorzy nie czują bólu, dlatego częściej doznają urazów. Przez cukier i będącą skutkiem cukrzycy suchą skórę rany goją się zaś wolniej.
Zazwyczaj leczymy rany, usuwając z jej powierzchni zmienioną tkankę i pomagając pacjentowi odciążyć chorą kończynę - tłumaczy Desmond Bell, podiatra z Memorial Hospital w Jacksonville na Florydzie.
Złotym standardem jest zastosowanie łuski pełnokontaktowej [ang. total-contact cast], która zapewnia stopie ochronne środowisko. Sprawdzając, jak skutecznie wkładka dostarcza tlen do rany w obrębie łuski, moglibyśmy wspomóc proces leczenia.
Naukowcy z Purdue ukształtowali wkładki z gumy silikonowej za pomocą lasera. Utworzyli zbiorniczki, które uwalniają tlen tylko w partiach stopy, gdzie znajdują się wrzody.
Silikon jest giętki i dobrze przepuszcza tlen. Obróbka laserowa pozwala nam dostosować przepuszczalność i obrać na cel tylko okolice rany, które są niedotlenione. W ten sposób nie zatruwa się reszty stopy nadmiarem tlenu - opowiada dr Hongjie Jiang.
Wkładka jest zbudowana z 2 warstw poli(dimetylosiloksanu). Górna jest poddawana wybiórczej obróbce laserowej - w ten sposób manipuluje się przepuszczalnością tlenu. Dolna warstwa zapewnia wsparcie strukturalnie. Znajdują się w niej też zbiorniczki z tlenem. Przy nacisku rzędu 150 kPa (to średnia wartość dla stania/chodzenia) wkładka uwalnia tlen w tempie 1,8 mmHg/min/cm2. Przy mniejszym nacisku podczas siedzenia tempo uwalniania wynosi 0,092 mmHg/min/cm2; dla rany o rozmiarach 4 cm2 poziom tlenu wzrasta do optymalnej wartości leczniczej (50 mmHg) w ciągu 150 min.
Symulacje pokazały, że pod naciskiem osoby ważącej 53-81 kg wkładka może dostarczać tlen przez co najmniej 8 godzin dziennie. Można ją też dostosować do innej wagi.
Amerykanie snują wizje, że w przyszłości producent będzie wysyłał choremu paczkę "nabitych" tlenem wkładek, które będą dostosowane do konkretnego umiejscowienia rany (profilu rany określonego na podstawie recepty lekarza i zdjęcia stopy).
Autorzy publikacji z pisma Materials Research Society Communications chcą teraz opracować metodę drukowania wkładki w 3D. Zamierzają również przetestować wkładkę na pacjentach z zespołem stopy cukrzycowej i sprawdzić, w jakim stopniu usprawnia proces gojenia.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.