Как всё просто!
Пруф: https://www.scientificamerican.com/article/silkworms-spin-su...
Ученые-химики составили первую "библиотеку" наночастиц
В течение нескольких десятилетий ученым было известно, что маленькие группы атомов, известные под названием наночастицы, очень часто ведут себя совершенно по-иному, нежели большие куски точно такого же вещества. Золотые наночастицы, к примеру, могут выступать катализаторами таких химических реакций, на которые не оказывают воздействия большие куски золота или поверхности, покрытые слоем золота. Наночастицы из полупроводниковых материалов могут испускать свет с различными длинами волн, цвета, который зависит только от физических размеров наночатицы.
Все это служит предметом повышенного интереса к наночастицам со стороны ученых, и ученые-химики постоянно разрабатывают новые способы получения наночастиц из самых различных материалов. Однако, все усилия ученых до последнего времени были направлены каждое в свое русло, а накопленные данные и знания не были систематизированы должным образом, что в некотором роде служило тормозом дальнейшего развития области нанотехнологий.
Решением, которое позволит разрешить описанную выше проблему, может стать недавно созданная учеными из Северо-Западного университета "библиотека" наноначатиц. Сейчас в этой библиотеке содержится совсем немного информации, включающей в себя все, что известно о наночастицах, состоящих из различных комбинаций пяти металлов. Во время создания этой библиотеки исследователи использовали так называемую технологию Dip-Pen Nanolithography.
Сверхострый наконечник атомно-силового микроскопа погружался в жидкий раствор полимерных чернил, наполненных ионами золота, серебра, меди, никеля и кобальта. При относительно низкой температуре ионы металлов из раствора привлекались к острию зонда микроскопа, а во время дальнейшего подъема температуры органическая составляющая чернил просто выгорала, а из атомов металлов формировались твердые наночастицы.
Таким достаточно необычным образом ученым удалось получить 31 разновидность наночастиц из пяти металлов и их комбинаций. В настоящее время ученые занимаются определением оптических, электронных, физических свойств этих наночастиц, данные о которых вносятся в общедоступную базу.
А в скором времени, как надеются ученые, в эту базу будут добавлены и наночастицы других типов, созданные и исследованные учеными из других организаций. Таким образом, через некоторое время эта база охватит собой все виды наночастиц, с которыми людям приходилось иметь дело. И это должно обеспечить в будущем множество серьезных прорывов в области нанотехнологий.
Учёные создали чип, позволяющий вырастить на его поверхности искусственный "мозг"
Для того, чтобы изучать функционирование клеток головного мозга или проверять эффективность лекарственных препаратов обычной чашки Петри с сеткой электродов уже не вполне достаточно. Для проведения действительно реалистичных исследований клетки нервных тканей должны иметь возможность существовать и формировать нейронные связи не только на плоской поверхности, а в трех измерениях, как это происходит в живой природе. Барт Шуринк (Bart Schurink), исследователь из лаборатории NanoLab Института нанотехнологий MESA+ университета Твенте, Нидерланды, разработал специальный кремниевый чип, на котором можно выращивать крошечный, но полноценный искусственный "мозг". Этот чип представляет собой матрицу из 900 пирамидальных отверстий, а специализированный микрореактор заботится о снабжении клеток питательными веществами, об их росте и о выборочной доставке испытуемых лекарственных препаратов.
Подробнее можно прочитать тут и тут. (это еще в 2012 году рассказали)
Термин "мозг-на-чипе" подразумевает нечто большее, нежели слой нервных тканей, выращенных на поверхности плоской матрицы электродов. Для того, чтобы подражать функционированию мозга наиболее реалистичным способом, требуется обеспечение перемещения потоков жидкостей, а сами клетки нуждаются в некоторой свободе даже тогда, когда они помещены в строго определенные места. Этими строго определенными местами являются пирамидальные углубления на чипе. В каждом из таких углублений имеется электрод, посредством которого производится считывание электрических сигналов или наоборот, электрическое возбуждение отдельно взятых нейронов.
Помимо электрода, в углублении имеются крошечные отверстия, через которые к отдельным нейронам могут подаваться питательные вещества или жидкости, содержащие лекарственные препараты. После того, как нейроны помещаются в углубления чипа, они начинают формировать связи друг с другом, соединяясь в единую сеть. При помощи воздействия на нейроны и некоторых других уловок ученые могут управлять процессом формирования нейронных сетей, получая сети, соответствующих различным типам нервных тканей.
Новый чип для выращивания искусственного "мозга" уже был испытан при помощи живых нервных клеток, взятых из организма подопытных грызунов. Под управлением ученых эти клетки росли, размножались и формировали в трехмерном пространстве сети с заранее известной конфигурации. И дальше подобную технологию смогут использовать ученые из самых различных областей для проведения исследований мозга, связанных с ним заболеваний и методов их лечения.
Графен
Друг работает в НИИ. Сегодня решил рассказать о своих научных буднях. С его слов:
Мы замораживали графен, а потом били его током и смотрели, как он на это реагирует. Потом еще и облучали гигагерцовым излучением. И тут я понял, что наши эксперименты выглядят так, будто графен не говорит, где лежат деньги, а мы пытаемя заставить его нам это сказать. В следующий раз будем лазером пытать.
Биология - новый прорыв в индустрии...
Как многие из вас скорее всего знают, экономику и прогресс в целом двигают научные прорывы, которые случаются с определенной цикличностью. После этих прорывов уровень экономики да и жизни в целом резко взлетает и со временем становиться стандартом и наступает время стагнации до следующего прорыва. Такими рывками в свое время были железная дорога, двигатель внутреннего сгорания, открытие электричества и последующая глобальная электрификация, воздухоплавание, ядерная энергетика, космонавтика и совсем недавно IT-Технологии, которые дали нам интернет, мобильную связь и социальные сети.
Но на данный момент все эти отрасли достигли пиков своего развития и перешли в фазу стагнации, то есть ничего принципиально нового они уже предложить не могут: поезда стали просто экономнее и комфортнее, самолеты даже напротив перестали летать быстрее звука и перешли в эконом режим, многие страны отказались от ядерной энергии, исследования космоса стали пассивными да и самая лучшая ракета по прежнему использует технологии, которые придумали еще в прошлом веке, ну а телефоны и компьютеры только становятся немного быстрее и имеют всё большие экраны с возможностью VR как небольшое дополнение к визуализации данных, однако ничего нового уже не происходит. Как мы видим наступает очередной застой в промышленности и идеях в целом. Какая же отрасль станет новым прорывом и принесет новый "ветер перемен" ?
До недавнего времени такой отраслью считались нанотехнологии. Действительно возможности наноинженерии пока поражают воображение, однако стоимость тех же нанотрубок или 3D печать из атомов какой-то платформы просто на данный момент неокупаемо... Но одна отрасль находится уже долгое время в тени, хотя имеет по истине неисчерпаемый потенциал и относительно высокую окупаемость особенно как дополнение или же даже как альтернатива нанотехнологиям...
Это - Биология!
Давайте сразу определимся, что к термину "Биология" я отношу генетику, генную инженерию, биохимию и всю медицину в целом включая фармакологию ну и ботанику.
Я выражу исключительно своё личное мнение заядлого и прожженного инженера аэрокосмической и теперь уже передовой автомобильной промышленности, который имел удовольствие сотрудничать в синергических программах со многими названными отраслями кроме биологии.
Мое знакомство с биологией началось и закончилось в школе, так и не успев перерасти в бурный роман :) Ракеты и самолеты привлекали меня намного сильнее, а позже автомобили подкупили меня хорошей карьерой, так что второе знакомство с биологией у меня началось около полугода назад.
На спонтанной встрече выпускников мы обсуждали наши студенческие годы и рассуждали чего мы достигли имея в руках дипломы или даже докторские титулы. Кто-то стал хорошим информатиком, кто-то ушел в патентное бюро, кто-то попал в NASA (повезло заразе :) ) кто-то продвигает инновации в автомобильных концернах :), ну а кто-то работает на невидимом фронте в стерильных лабораториях. Этим кем-то оказалась одна моя знакомая, назовем ее Сабрина. Она закончила TUM по специальности Микробиолог и начала долгий и трудоемкий процесс получения корочек доктора биологических наук но уже не в Мюнхене, а в Америке. Мы встретились после Нового Года в общей компании и за чашечкой пива обменялись нашим опытом во взрослой жизни. Каждый рассказывал кем он стал и чего добился ну и потом разговор медленно перешел в тему "как нам обустроить Россию нашу планету" :)
Ну я начал рассказывать разрешенную концерном инфу о новых типах машин и о будущем автомобиля в целом, товарищ астрофизик распространился в свои грезы о единой теории поля а потом Сабрина сказала, что мол мы хорошо изучили вселенную в момент большого взрыва и на расстоянии в 10 миллиардов световых лет, мы научились строить мощные компьютеры и передавать видео на телефон как в сериале СтарТрек и даже задумались над исскуственным интеллектом и нейронными сетями, но ни один компьютер не способен симулировать процессы в простой клетке на столько хорошо, что бы мы смогли создать исскуственную клетку и наблюдать за ней в реальном времени.
Я ей возразил, мол в Стэнфорде есть такая модель
(пруф: http://kriorus.ru/news/Vpervye-sozdana-kompyuternaya-model-zhivoy-kletki)
но она сказала, что это крайне медленный и все же не такой точный симулятор, да и с исскуственной клеткой у него мало чего общего. Ее личная цель: полностью прирученнaя или иссуственная клетка, которая словно компьютер будет позволять менять в ней программы и модули по желанию и получать желаемый результат будь то синтез определенного белка, разработка вакцины или же просто управляемое развитие... большой градус пива и шум не позволили нам развить беседу, однако в свой отпуск я как-то наткнулся на свои учебники еще со школы и нашел там учебник по биологии, который я бережно перенес в туалет и зачитывался им так, что меня из туалета выгоняли тушением света и криками :):):)
Позже учебника мне стало мало, так как процессы там описывались крайне поверхностно, и по этому пошерстив по интернету и по википедии я таки решился на посты на пикабу, что бы задать свои (может и наивные) вопросы. А вопросов было много и были они конкретные:
Kак не живая химия способна делать столь когнитивные вещи без мозга или чипа?
После моих тем некоторые пикабушные Биологи начали отвечать на мои вопросы и для меня многое стало прояснятся, однако большинство вещей так и остались не разясненными.
---
Сейчас постараюсь еще один раз наглядно объяснить ЧЕГО я не понимаю и ЧТО именно я хочу узнать.
Я - папуас знающий ваш язык и я хотел бы понять как люди в вашей стране путешествуют из пункта А в пункт Б, что бы сделать тоже самое у себя в стране. Я вижу автобан с кучей разных машин и спрашиваю КАК ИМЕННО это работает.
Вы мне отвечаете:
Это дорога, это автомобиль, работающий на бензине, человек садиться в машину и едет на нем из пункта А в пункт Б.
Вы совершенно правы, но я так и не понял КАК ИМЕННО этот процесс работает.
Ваш автомобиль плывет, летит или бегает на ножках ? Откуда человек знает КАК он из пункта А должен ехать в пункт Б. Он телепат или он в машине имеет карту или эта карта у него сразу в голове? Машина едет на бензине: но что именно машина делает с бензином ? Она его ест, пьёт или как ?
Вы опять говорите, что мол автомобиль едет на колесах. Бензин сгорает в моторе, а карта у человека в телефоне.
И вы опять полностью правы, однако я всё равно не понимаю КАК ИМЕННО это работает. То что я понял означает, что я как-то могу на железный каркас прибить колеса, потом поджечь где-то в так называемом моторе (который для меня просто железный ящик) какую-то жидкость, которая называется бензин и потом с прибором, который называется телефон, как-то узнать дорогу из пункта А в Б. Однако то что я смогу по этим знаниям сделать - вряд ли куда-то поедет :) Ваши описания абсолютно верны, но не отражают саму суть процесса. Они не объясняют те самые низшие процессы из-за которых машина едет по дороге и перевозит человека из А в Б.
А я хотел узнать, что мотор - это набор валов и цилиндров с поршнями, которые соединены коробкой передач с основным валом через зубчатую передачу шестерней. Что в цилиндрах путем поджога электро свечей взрывается смесь бензина и воздуха и по этому поршень мотора, совершая цикличные движения, из-за расширения взрывных газов, прокручивает вал, который в свою очередь крутит колеса и за счет этого машина движется по дороге. Управление машиной должен делать человек имеющий специальные знания - ПРАВА - и умеющий управлять ей и знающий некие "правила дорожного движения", да и телефон не всегда нужен, если есть бумажная карта местности, по которой тоже нужно уметь ориентироваться.
Эти знания не позволят мне сразу построить седьмую БМВ, однако они позволят мне ПОНЯТь принцип и возможно сделать деревянную тележку с глиняными колесами и с паровым котлом и двухпоршневым двигателем, который работает на дровах или сырой нефти. А это уже первый шаг в мир автомобиля.
Надеюсь вы поняли, что именно я хочу узнать ?
Зачем же инженеру не имеющему с биологией ничего общего знать о всех этих процессах? - спросите ВЫ...
А вот зачем:
Для Инженера биология - это тёмный лес, а для биолога - сопромат или автоматизация производства - знакомые но не понятные слова. Зато инженер умеет автоматизировать ручные или трудные для выполнения процессы, а биолог знает как работает клетка изнутри.
С точки зрения инженера клетка - это сложнейший завод с целой кучей логистических, энергетических и механических процессов. Если биолог объяснит инженеру КАК ИМЕННО фермент двигается по цепочке ДНК (на воздушной подушке, на электро подвеске или на колесиках :) ) то инженер сможет превратить этот процесс в полезную работу на клеточном уровне для микро или же нано робота. И прощай дорогая нанотехнология - и здравствуй более удобная и доступная био-инженерия.
Как пример - Хеликаза:
Хеликаза движется по ДНК словно застежка от молнии: сначала она ее расплетает и тут же обратно сводит. При этом скорость движения относительно высока если судить по описанию этого процесса в книгах и по видеосимуляции. Для биолога - это биологический процесс, для инженера - потенциальный двигатель для какой-нибудь микро платформы по сосудам против течения крови например. Замкните цепочку ДНК в кольцо, натяните ее на двух цилиндрах (например те же нанотрубки) и зафиксируйте хеликазу на платформе и тогда цепочка ДНК будет двигаться на подобии велоцепи или возможно танковой гусеницы. Думаю вы понимаете к чему это я веду ?
Это настоящая инженерия в пределах клеточных размеров. Не уменьшенная модель робота и его деталей, а настоящий искусственный клеточный механизм из доступных и уже готовых материалов.
А может и не нужно никакой гусеницы? Может просто взять Кинезин и заставить его таскать нужные вещи туда, куда нам надо? Только посмотрите, как он резво "бегает". Зная ЧТО именно ему нужно для передвижения (топливо, специальная дорога и т.д.) можно сделать курьера для "микро почты".
И это только пара мыслей машиностроителя. А что с рибосомой и ДНК смогли бы сделать инженеры-айтишники?
Про соотношение Биокомпьютера к Квантовому компьютеру уже был пост на пикабу. Странно, что нет продолжения? Не иначе Интел с АМД палки в колеса ставят :)
Но если найти специалистов в своей области и создать синeргию из этих областей, то потом можно ради смеха создать бизнесплан и придумать область применения этим вещам, а потом создать фирму на кикстартере:
"Pikabu BIO-GEN-TEK-ING Corp"
и ждать инвесторов для проекта. Именно так и начинаются все огромные проекты. Сначала идея кажется смешной:
- Мобильное устройство с видео связью ?
- Летающий экипаж с людьми ?
- Электричество в каждом доме ?
- Повозка из железок, которая едет быстрее лошади ?
- Не смешите меня... Это всё сказки...
Но паре человек это не казалось сказкой и они ее воплотили в жизнь. Это только на первый взгляд смешно и не реально....
Так что мои вопросы биологам - это не повод посмеяться над моей "безграмотностью" в этой области, это повод задуматься, а так ли это НЕ реально, как кажется.
Огромное спасибо @kwaaanya за ее пока два поста в области биологии и генетики и за попытку донести знания до таких как я :)
Всем добра :)
Микроракеты
На гифке можно наблюдать "полет" микроракет. Каждая такая ракета имеет длину 10 микрометров, однако может перемещаться со скоростью до 1 мм/с. В качестве топлива (а, по совместительству и среды, в которой "летают" ракеты) используют перекись водорода. Попадая внутрь ракеты через немного увеличенный передний конец перекись водорода вступает в реакцию с катализатором (могут использоваться такие катализаторы, как: серебро, оксид марганца, палладий или иридий) и распадается на воду и кислород. Пузырьки водорода, которые выделяются с немного суженного заднего конца ракеты и толкают ее вперед.
В качестве контроля направления движения ракет может использоваться добавление ферромагнитного слоя (например из железа, никеля или кобальта), который позволяет выровнять ракеты паралельно направлению магнитного поля.
Видео: https://www.youtube.com/watch?v=6b4o0wHDzpA
Статья: http://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.6b02518
Углеродные нанотрубки слишком слабы, чтобы поднять космический лифт
Углеродные нанотрубки (УНТ) известны тем, что их считают удивительным материалом будущего, сверхпрочным, но одновременно лёгким, который найдёт применение в производстве самых разнообразных вещей, от гоночных велосипедов до компьютерных компонентов.
Но теперь, похоже, выясняется, что достаточно одного атома, находящегося не на своём месте, чтобы сократить прочность более чем наполовину. Это означает, что одно из наиболее удивительных применений углеродных волокон — научно-фантастический космический лифт, возможно, никогда не будет построен.
Прочность нанотрубок основывается на их атомной структуре, со стенками из всего одного слоя атомов углерода, включённых в гексагональную решётку. Теоретические исследования показывают, что одна УНТ может иметь предел прочности на разрыв в 100 гигапаскалей, что делает нанотрубки одним из самых прочных материалов, но попытки сплести нескольких нанотрубок в крупномасштабное волокно заканчивались созданием жгута с прочностью на разрыв только в 1 гигапаскаль.
Чтобы выяснить причину этого, Фэн Дин (Feng Ding) из Гонконгского политехнического университета (кит. 香港理工大學, англ. Hong Kong Polytechnic University) и его коллеги смоделировали УНТ с одним атомом, расположенным неправильно, что превратило два шестиугольника в пятиугольник и семиугольник, и создало перегиб в трубке. Они обнаружили, что этого простого изменения достаточно, чтобы снизить прочность УНТ до 40 гигапаскалей, причём эффект становится сильнее, если увеличить число смещённых атомов.
Модели показывают, что перегиб действует как слабое место в трубке, легко разрывая обычно сильные углерод-углеродные связи. Как только это происходит, связи в соседних шестиугольниках также разрушаются, разрывая всю трубку. Воздействие на сплетённые в волокно УНТ аналогично — когда одна УНТ разорвётся, нагрузка на остальные трубки увеличится, разрушая их в определённой последовательности.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что хватит всего лишь одного атома, чтобы ослабить всё состоящее из углеродных нанотрубок волокно, а поскольку процессы производства нанотрубок сейчас всегда сопровождаются дефектами, вы неизбежно в конечном итоге получите волокно с дефектной трубкой.
«Только УНТ очень высокого качества способны сохранить идеальную прочность, — говорит Дин. — Большинство серийных УНТ имеют множество дефектов, и высококачественные углеродные нанотрубки трудно производить в большом количестве».
Это плохая новость для людей, которые хотят построить космический лифт, трос, протянутый между Землёй и искусственным спутником, который обеспечит лёгкий доступ к космическому пространству.
Расчёты показывают, что такому тросу потребуется предел прочности на разрыв в 50 гигапаскалей, поэтому УНТ казались перспективным решением, но исследование Дина предполагает, что они не будут работать. «Если не случится больших прорывов в синтезе углеродных нанотрубок, то их использование для создания космического лифта будет чрезвычайно сложной задачей», — говорит он.
Источник: https://vk.com/xx2vek