Zaloguj się, aby obserwować tę zawartość
Obserwujący
0
Ścisnęli mocno światło
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Naukowcy z jednych z najlepszych uczelni i instytutów badawczych z USA, Niemiec, Wielkiej Brytanii i Szwecji są pierwszymi, którzy prześledzili w czasie rzeczywistym ruch pojedynczego elektronu podczas całej reakcji chemicznej. Podczas niezwykłego eksperymentu wykorzystali ekstremalnie jasne źródło promieniowania X, Linac Coherent Light Source znajdujące się w SLAC National Accelerator Laboratory. Osiągnięcie to pozwoli lepiej zrozumieć reakcje chemiczne na najbardziej podstawowym poziomie i lepiej kontrolować wyniki takiej reakcji. Taką wiedzę można zaś wykorzystać podczas opracowywania materiałów i technologii przyszłych generacji.
Kluczową rolę w reakcjach chemicznych odgrywają elektrony walencyjne, znajdujące się na najbardziej zewnętrznej powłoce atomu. Ich obrazowanie jest jednak niezwykle trudne. Nie tylko – jak wszystkie elektrony – są niezwykle małe, ale tworzą wiązania chemiczne w czasie femtosekund, biliardowych części sekundy.
Uczeni od lat próbowali zobrazować elektron podczas tworzenia wiązań chemicznych. Dotychczas się nie udawało, gdyż niezwykle trudno jest wyizolować pojedynczy elektron z atomu, a jeszcze trudniej jest śledzić go w czasie femtosekund. Dopiero teraz wyczynu tego dokonał zespół, na którego czele stali Ian Gabalski, doktorant z Uniwersytetu Stanforda, profesor Philip Bucksbaum ze Stanford PULSE Institute oraz profesor Nanna List ze szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technologii.
Chcąc śledzić elektrony naukowcy stworzyli pojemnik z gęstym amoniakiem w stanie gazowym i wzbudzili gaz za pomocą ultrafioletowego lasera. W tym momencie włączono LCLS i promieniowanie rentgenowskie trafiło w elektrony i na nich się rozproszyło.
W większości molekuł liczba elektronów powłok wewnętrznych znacznie przewyższa liczbę elektronów walencyjnych. Jednak w niewielkich lekkich molekułach, jak amoniak – przypomnijmy, że składa się on z atomu azotu i trzech atomów wodoru – to elektrony walencyjne mają znaczną przewagę liczbową. A to oznacza, że sygnał pochodzący z promieniowania rentgenowskiego rozproszonego na elektronach walencyjnych jest wystarczająco silny, by obserwować właśnie ten rodzaj elektronów.
Naukowcy już wcześniej wiedzieli, że wzbudzone za pomocą światła molekuły amoniaku przechodzą ze struktury, w której atomy tworzą piramidę, do takiej, w której leżą na jednej płaszczyźnie. W końcu jeden z atomów wodoru wyłamuje się z tej struktury i dochodzi do przegrupowania. Badacze byli teraz w stanie śledzić ruch elektronu związany z tą zmianą struktury.
Zwykle musimy zakładać, jak elektrony walencyjne poruszają się w czasie reakcji, jednak tutaj mogliśmy bezpośrednio zmierzyć ten ruch, mówi Nanna List, która wykonała obliczenia wyjaśniające zarejestrowane dane.
Ian Gabalski tak wyjaśnia znacznie dokonanej obserwacji: Gdy próbujesz zsyntetyzować molekułę nowego leku lub materiału, dochodzi do reakcji chemicznych, które przebiegają zarówno w sposób pożądany, jak i niepożądany. Te niepożądane reakcje skutkują pojawieniem się produktów ubocznych. Jednak gdy rozumiesz, jak to wszystko działa, możesz opracować metodę sterowania reakcją tak, by osiągać tylko oczekiwane rezultaty. To może być potężne narzędzie w całej dziedzinie chemii.
Eksperyment opisano szczegółowo na łamach Physical Review Letters.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Po raz pierwszy udało się zrekonstruować w laboratorium falową naturę elektronu, jego funkcję falową Blocha. Dokonali tego naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Barbara (UCSB), a ich praca może znaleźć zastosowanie w projektowaniu kolejnych generacji urządzeń elektronicznych i optoelektronicznych.
Elektrony zachowują się jednocześnie jak cząstki oraz jak fala. Ich falowa natura opisywane jest przez naukowców za pomocą obiektów matematycznych zwanych funkcjami falowymi. Funkcje te zawierają zarówno składowe rzeczywiste, jak i urojone. Z tego też powodu funkcji falowej Blocha elektronu nie można bezpośrednio zmierzyć. Można jednak obserwować powiązane z nią właściwości. Fizycy od dawna próbują zrozumieć, w jaki sposób falowa natura elektronów poruszających się przez sieć krystaliczną atomów, nadaje tej sieci właściwości elektroniczne i optyczne. Zrozumienie tego zjawiska pozwoli nam projektowanie urządzeń lepiej wykorzystujących falową naturę elektronu.
Naukowcy z Santa Barbara wykorzystali silny laser na swobodnych elektronach, który posłuży im do uzyskanie oscylującego pola elektrycznego w półprzewodniku, arsenu galu. Jednocześnie za pomocą lasera podczerwonego o niskiej częstotliwości wzbudzali jego elektrony. Wzbudzone elektrony pozostawiały po sobie „dziury” o ładunku dodatnim. Jak wyjaśnia Mark Sherwin, w arsenku galu dziury te występują w dwóch odmianach – lekkiej i ciężkiej – i zachowują się jak cząstki o różnych masach.
Para elektron-dziura tworzy kwazicząstkę zwaną ekscytonem. Fizycy z UCSB odkryli, że jeśli utworzy się elektrony i dziury w odpowiednim momencie oscylacji pola elektrycznego, to oba elementy składowe ekscytonów najpierw oddalają się od siebie, następnie zwalniają, zatrzymują się, zaczynają przyspieszać w swoim kierunku, dochodzi do ich zderzenia i rekombinacji. W czasie rekombinacji emitują impuls światła – zwany wstęgą boczną – o charakterystycznej energii. Emisja ta zawiera informacje o funkcji falowej elektronów, w tym o ich fazach.
Jako, że światło i ciężkie dziury przyspieszają w różnym tempie w polu elektrycznym ich funkcje falowe Blocha mają różne fazy przed rekombinacją z elektronami. Dzięki tej różnicy fazy dochodzi do interferencji ich funkcji falowych i emisji, którą można mierzyć. Interferencja ta determinuje też polaryzację wstęgi bocznej. Może ona być kołowa lub eliptyczna.
Autorzy eksperymentu zapewniają, że sam prosty stosunek pomiędzy interferencją a polaryzacją, który można zmierzyć, jest wystarczającym warunkiem łączącym teorię mechaniki kwantowej ze zjawiskami zachodzącymi w rzeczywistości. Ten jeden parametr w pełni opisuje funkcję falową Blocha dziury uzyskanej w arsenku galu. Uzyskujemy tę wartość mierząc polaryzację wstęgi bocznej, a następnie rekonstruując funkcję falową, która może się różnić w zależności od kąta propagacji dziury w krysztale, dodaje Seamus O'Hara.
Do czego takie badania mogą się przydać? Dotychczas naukowcy musieli polegać na teoriach zawierających wiele słabo poznanych elementów. Skoro teraz możemy dokładnie zrekonstruować funkcję falową Blocha dla różnych materiałów, możemy to wykorzystać przy projektowaniu i budowie laserów, czujników i niektórych elementów komputerów kwantowych, wyjaśniają naukowcy.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Fizyk James Franson z University of Maryland opublikował w recenzowanym Journal of Physics artykuł, w którym twierdzi, że prędkość światła w próżni jest mniejsza niż sądzimy. Obecnie przyjmuje się, że w światło w próżni podróżuje ze stałą prędkością wynoszącą 299.792.458 metrów na sekundę. To niezwykle ważna wartość w nauce, gdyż odnosimy do niej wiele pomiarów dokonywanych w przestrzeni kosmicznej.
Tymczasem Franson, opierając się na obserwacjach dotyczących supernowej SN 1987A uważa, że światło może podróżować wolniej.
Jak wiadomo, z eksplozji SN 1987A dotarły do nas neutrina i fotony. Neutrina przybyły o kilka godzin wcześniej. Dotychczas wyjaśniano to faktem, że do emisji neutrin mogło dojść wcześniej, ponadto mają one ułatwione zadanie, gdyż cała przestrzeń jest praktycznie dla nich przezroczysta. Jednak Franson zastanawia się, czy światło nie przybyło później po prostu dlatego, że porusza się coraz wolniej. Do spowolnienia może, jego zdaniem, dochodzić wskutek zjawiska polaryzacji próżni. Wówczas to foton, na bardzo krótki czas, rozdziela się na pozyton i elektron, które ponownie łączą się w foton. Zmiana fotonu w parę cząstek i ich ponowna rekombinacja mogą, jak sądzi uczony, wywoływać zmiany w oddziaływaniu grawitacyjnym pomiędzy parami cząstek i przyczyniać się do spowolnienia ich ruchu. To spowolnienie jest niemal niezauważalne, jednak gdy w grę wchodzą olbrzymie odległości, liczone w setkach tysięcy lat świetlnych – a tak było w przypadku SN 1987A – do polaryzacji próżni może dojść wiele razy. Na tyle dużo, by opóźnić fotony o wspomniane kilka godzin.
Jeśli Franson ma rację, to różnica taka będzie tym większa, im dalej od Ziemi położony jest badany obiekt. Na przykład w przypadku galaktyki Messier 81 znajdującej się od nas w odległości 12 milionów lat świetlnych światło może przybyć o 2 tygodnie później niż wynika z obecnych obliczeń.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Obecnie wykrywanie związków chemicznych jest łatwiejsze niż kiedykolwiek wcześniej, lecz prowadzenie analiz w pojedynczej kropli nadal pozostaje wyzwaniem. Naukowcy próbują miniaturyzować urządzenia do wykrywania substancji chemicznych w o wiele mniejszej objętości niż robione jest to w laboratoriach diagnostycznych. Gdyby ktoś powiedział kilka dekad temu, że jedna kropla roztworu wystarczy, aby odkryć, jakie substancje kryją się w jej wnętrzu, z pewnością nikt by w to nie uwierzył. Na szczęście to już nie fikcja, a codzienność.
Wychodząc naprzeciw rosnącemu zapotrzebowaniu na prowadzenie w czasie rzeczywistym analiz w zaledwie kilku mikrolitrach roztworu, naukowcy z Instytutu Chemii Fizycznej PAN pod kierunkiem Martina Jӧnssona-Niedziółki we współpracy z badaczami z Politechniki Warszawskiej udowodnili, że detekcja w tak małej skali jest możliwa.
Nowa koncepcja badaczy łączy kilka rozwiązań opierających się na zminiaturyzowanych elektrodach, unikalnej geometrii płytki do gromadzenia roztworu oraz światłowodu. Naukowcy zaprezentowali połączenie różnych technik badawczych, tworząc narzędzie o wiele czulsze niż klasyczne metody. Taka kombinacja elektrochemii z technikami optycznymi oraz mikroskopijnym zbiornikiem na kroplę opłacała się, pozwalając na o wiele więcej niż pierwotnie zakładano. To niesamowite, że dzięki „zaledwie” i jednocześnie „aż” sygnałom elektrochemicznym i optycznym wyjątkowo czuła analiza chemiczna mikroskopijnych kropel jest możliwa.
Przeprowadziliśmy serię eksperymentów elektrochemicznych równolegle z pomiarami optycznymi dla różnych pozycji mikroelektrod. Dzięki temu mogliśmy wyraźnie zobaczyć zmianę sygnału optycznego w miarę postępu reakcji elektrochemicznej – wspomina dr Martin Jӧnsson-Niedziółka
Naukowcy wykazali, że kontrolując wielkość wgłębień na płytce typu „lab-on-a-chip” oraz indukując sygnał w światłowodzie za pomocą ablacji laserem femtosekundowym, mogą elektrochemicznie badać roztwór w setnych częściach mililitra roztworu. Co ciekawe, tajemnica dużej czułości układu kryje się w zastosowanym światłowodzie, który choć jest ma długą historię i jest powszechnie używany w telekomunikacji, umożliwia detekcję nawet minimalnych zmian w procesach chemicznych. A to za sprawą pomiaru parametru zwanego współczynnikiem załamania światła. W ten sposób zaprojektowany system może precyzyjnie mierzyć ugięcie światła w każdej z badanych kropel. Gdy w próbce zachodzi reakcja chemiczna np. proces redukcji-utlenienia, wartości tego parametru zmieniają się, umożliwiając wykrycie nawet niewielkich różnic w składzie chemicznym w cieczy.
Dr Martin Jӧnsson-Niedziółka twierdzi, że połączenie niezwykłej czułości światłowodów z ich elastycznością i narzędziami elektrochemicznymi daje nowe możliwości w detekcji związków chemicznych, szczególnie w analizie złożonych układów np. próbek biologicznych.
Naukowcy porównali uzyskane wyniki z klasycznymi technikami tj. spektroskopia w bliskiej podczerwieni, celem porównania czułości detekcji na przykładzie reakcji redoks przy użyciu związku na bazie ferrocenu. Co ciekawe, stosując tę metodę, nie zarejestrowali różnicy między sygnałami postaci utlenionej i zredukowanej stosowanego wskaźnika redoks, pokazując, że klasyczne rozwiązania w tak małej skali zawodzą. Tym samym badacze potwierdzili, że mierzenie zmian podczas przebiegu reakcji elektrochemicznych wraz z monitorowaniem właściwości optycznych roztworu umożliwia detekcję związków nawet w objętościach rzędu zaledwie kilku mikrolitrów. Dodatkowo przeprowadzone analizy numeryczne potwierdziły, że detekcja ta jest możliwa nawet w jeszcze mniejszej objętości rzędu pikolitrów. Jest to niezwykle ważne w projektowaniu nowoczesnych urządzeń do przenośnego, wydajnego i czułego wykrywania substancji z roztworu.
Wciąż jest jeszcze wiele do zrobienia, lecz niezmiernie cieszy nas fakt, że zaproponowany przez nas układ w ogóle działa. Już teraz ulepszamy aparaturę, aby system był łatwiejszy w obsłudze i bardziej uniwersalny w użyciu – mówi Jӧnsson-Niedziółka.
Przedstawione dane są obiecujące i mają ogromny potencjał pod kątem prowadzenia w przyszłości badań przesiewowych próbek biologicznych, takich jak metabolity, lub zastosowania w innych dziedzinach, np. do analizy próbek środowiskowych, a nawet materiałów niebezpiecznych. Być może zaproponowane przez naukowców rozwiązanie już niebawem pozwoli na przenośne wykrywanie wielu reakcji chemicznych o wiele szybciej i sprawniej niż przy użyciu klasycznej aparatury laboratoryjnej. Złożoność układu i czułość pomiarów wciąż wymagają prac celem optymalizacji licznych parametrów, lecz już teraz można stwierdzić, że jest to przełom w detekcji w mikroskali i z pewnością przyczyni się do polepszenia skuteczności przyszłego leczenia klinicznego.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Fototerapia była znana już w starożytnym Egipcie. W pracach Hipokratesa można doszukać się wzmianek na temat leczniczych właściwości światła słonecznego. Dziś leczenie światłem można skutecznie praktykować w gabinetach odnowy biologicznej, salonach masażu czy w zaciszu własnego domu. Jakie są właściwości lampy Bioptron?
Światło źródłem zdrowia
Praktyki z udziałem światła słonecznego stosowane w starożytnym Egipcie nie mają co prawda potwierdzenia w formie medycznych dowodów naukowych. Jednak wówczas korzystne działanie promieni słonecznych uznawano za niepodważalny fakt. Dzięki osiągnięciom współczesnej medycyny wiadomo już, że organizm jest w stanie zamienić światło w energię elektrochemiczną. Pozyskana energia aktywuje pasmo reakcji biochemicznych w komórkach, a skutkiem tych zmian jest efekt terapeutyczny.
Lata badań i spektakularne rezultaty
Warto nadmienić, że badania nad pozytywnym wpływem promieni słonecznych na organizm od dziesięcioleci prowadzone są na całym świecie. Naukowcy zafascynowani możliwościami światła spolaryzowanego od lat pochylają się nad kluczowymi dla ludzkiego zdrowia projektami.
Potrzebowano ponad 20 lat szczegółowych badań i doświadczeń, by stworzyć lampę Bioptron. Polichromatyczne światło spolaryzowane stało się głównym obiektem naukowców, którzy po latach badań opracowali rewolucyjny przyrząd, zdolny do leczenia licznych schorzeń. Światło pochodzące z lampy poprawia mikrokrążenie w tkankach, aktywując je do procesów odpornościowych. Urządzenie okazało się przełomowe, co potwierdzają specjaliści licznych gabinetów, w których jest stosowane.
Zastosowanie lampy Bioptron
Za główne przeznaczenie lampy uważa się leczenie zmian skórnych i wspomaganie procesu gojenia się ran. Urządzenie bardzo dobrze sprawdzi się także w leczeniu chorób reumatologicznych oraz przy dolegliwościach bólowych kręgosłupa. Lata badań wykazały ponadto, że stosowanie fototerapii przynosi doskonałe rezultaty przeciwdziałając starzeniu się skóry. Lampa szybko znalazła zatem zastosowanie w gabinetach kosmetycznych i klinikach medycyny estetycznej.
Podkreślając dobroczynne działanie lampy na zmiany skórne, warto skupić się wokół takich schorzeń, jak opryszczka, łuszczyca, atopowe zapalenie skóry czy trądzik młodzieńczy. Regularne stosowanie lampy Bioptron skutecznie regeneruje tkanki podskórne, pomagając wyleczyć odleżyny oraz owrzodzenia.
Za imponującymi efektami opowiadają się także lekarze specjaliści. Lampa doskonale wspomaga leczenie tkanek miękkich i stanów zapalnych, więc chętnie korzystają z niej ortopedzi oraz reumatolodzy. Polecana jest także przez grono laryngologów jako urządzenie wpierające leczenie zatok czołowych oraz zapalenia zatok obocznych nosa.
Światło lampy Bioptron zostało opracowane przez szereg specjalistów. Jej działanie jest na tyle bezpieczne, że urządzenie można stosować samodzielnie w domu, jak również z powodzeniem wykorzystywać przy leczeniu problemów skórnych u najmłodszych.
Partnerem materiału jest MisjaZdrowia.pl – Twoja lampa Zepter Bioptron.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.