Χημεία

                   

Το DNA φέρνει νέα υλικά στην  ζωή.

 DNA με λεπτό κολλοειδή χρησιμοποιήθηκε για να δημιουργηθούν  νέα αυτοσυνθέσιμα υλικά σε ένα πείραμα από επιστήμονες του EPFL και του Πανεπιστημίου του Cambridge.

Το κολλοειδές είναι το ομογενές μείγμα που περιέχει μικροσκοπικά σωματίδια μιας χημικής ουσίας ομοιόμορφα διασκορπισμένα μέσα σε μια άλλη. Καθημερινά παραδείγματα είναι το γάλα, το σπρέι για τα μαλλιά, ο αφρός ξυρίσματος,το ζελέ κ.α. Μία από τις πλέον ενδιαφέρουσες ιδιότητες των κολλοειδών είναι η ικανότητά τους να αυτό συναρμολογούντε - να συσσωματώνονται αυθόρμητα σε καλά καθορισμένες δομές, οδηγούμενα από τοπικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των σωματιδίων του κολλοειδούς του. Η αυτοσυναρμολόγηση έχει μεγάλο ενδιαφέρον στον τομέα της βιομηχανίας, δεδομένου ότι θα ανοίξει μια ολόκληρη σειρά από νέες τεχνολογίες. Σύμφωνα με μια πρόσφατη δημοσίευση του Nature Communications, επιστήμονες από το EPFL και το Πανεπιστήμιο του Cambridge ανακάλυψαν μια τεχνική για να ελέγχουν και να κατευθύνουν την αυτοσυναρμολόγηση των δύο διαφορετικών κολλοειδών.

Τα κολλοειδή διαλύματα  αποτελούνται από μεγάλα σωματίδια, διεσπαρμένα σε ένα υγρό διαλύτη. Αυτή η ασυνήθιστη δομή δίνει στα κολλοειδή μοναδικές ιδιότητες, όπως η κίνηση Brown (η τυχαία ζιγκ-ζαγκ κίνηση των σωματιδίων), ηλεκτροφόρηση (η μονόδρομη κίνηση των σωματιδίων και κάτω από ηλεκτρικό ρεύμα) και τις οπτικές ιδιότητες, όπως η Tyndall.

Η αυτοσυναρμολόγηση αναφέρεται στην ικανότητα των σωματιδίων να σχηματίζουν αυθόρμητα ένα είδος σταθερής δομικής διάταξης, ως αποτέλεσμα του σχήματος και της κατεύθυνσης των σωματιδίων του κολλοειδούς, όπως αυτές αλληλεπιδρούν. Αν και δεν απαιτείται καμία εξωτερική δύναμη, η αυτοσυναρμολόγηση γενικά λαμβάνει χώρα ως απάντηση σε μια αλλαγή σε ένα περιβαλλοντικό παράγοντα, όπως η θερμοκρασία, το φως, κλπ.

Τεχνολογία

Η  Εθνική Υπηρεσία Ασφαλείας των Η.Π.Α. χτίζει νέο κέντρο αποθήκευσης δεδομένων με στόχο την καταπολέμηση της τρομοκρατίας.

Το  νέο δισεκατομμυρίων δολαρίων επίκεντρο αποθήκευσης πληροφοριών για την καταπολέμηση της παγκόσμιας τρομοκρατίας βρίσκεται ακριβώς νότια του Σολτ Λέικ Σίτι, κρυμμένο σε μια βάση πολιτοφυλακής στους πρόποδες ενός χιονισμένου βουνού. Το νέο αυτό κτήριο θα είναι γεμάτο  με υπερδύναμους υπολογιστές που έχουν σχεδιαστεί για να αποθηκεύουν τεράστιες ποσότητες πληροφοριών  που συγκεντρώνονται κρυφά από τηλεφωνήματα και ηλεκτρονικά μηνύματα.

Όταν ανοίξει αυτό το κέντρο το φθινόπωρο, θα είναι το μεγαλύτερο κέντρο αποθήκευσης δεδομένων της NSA(Εθνική Υπηρεσία Ασφαλείας) στις Η.Π.Α.

Αξιωματούχοι της NSA λένε ότι το κέντρο θα παίξει καθοριστικό ρόλο στην προσπάθεια των ΗΠΑ για την προστασία των εθνικών δικτύων, και θα επιτρέψει στις αμερικανικές αρχές να ελέγχουν για ενδεχόμενες τρομοκρατικές ενέργειες. Με ένα μήνυμα ηλεκτρονικού ταχυδρομείου, η εκπρόσωπος του προγράμματος είπε ότι έχουν πολλές αβάσιμες καταγγελίες σχετικά με τις σχεδιαζόμενες δραστηριότητες του κέντρου.

Ιστορία των ανακαλύψεων

Πυρινική ενέργεια

Στις 16 Σεπτεμβρίου του 1954 ο Lewis Strauss, ο πρόεδρος της Αμερικάνικης επιτροπής Ατομικής ενέργειας, στάθηκε μπροστά σε ακροατήριο επιστημόνων στη Νέα Υόρκη και με σιγουριά τους διαβεβαίωσε ότι τα παιδιά τους θα απολάμβαναν την ηλεκτρική ενέργεια, υπερβολικά φτηνή, με μηδαμινό κόστος. Η πρώτη εργαστηριακή πυρηνική σχάση επιτεύχθηκε από τους φυσικούς Όττο Χα και Λίζε Μάιτνερ, το 1938 στο Βερολίνο. Οι δυο τους «βομβάρδισαν» ουράνιο με νετρόνια σε μια προσπάθεια να το μετατρέψουν στο άγνωστο τότε στοιχείο με ατομικό αριθμό 93 (το ουράνιο έχει Α.Α. 92 και η προσθήκη στον πυρήνα του ενός νετρονίου θα έπρεπε, όπως είχε ήδη διαπιστωθεί ότι συνέβαινε με ελαφρύτερα στοιχεία, να το μετασχηματίσει σε ένα νέο στοιχείο με ένα πρωτόνιο παραπάνω). Το παραγόμενο όμως στοιχείο είχε ιδιότητες πολύ διαφορετικές από τις αναμενόμενες, γεγονός ανεξήγητο για τους δύο επιστήμονες.

Εκείνη την περίοδο η Μάιτνερ λόγω της εβραϊκής καταγωγής της υποχρεώθηκε να εγκαταλείψει το Βερολίνο και ο Χαν συνέχισε τα πειράματά του με τον επίσης γερμανό φυσικό Φριτς Στράσμαν. Σύντομα οι τρεις (η Μάιτνερ εξόριστη στη Σκανδιναβία) κατέληξαν σε ένα πολύ τολμηρό συμπέρασμα: Το παραγόμενο στοιχείο με τις αναπάντεχες ιδιότητες ήταν το βάριο, που έχει Α.Α. μόλις 56. Αυτό σήμαινε ότι με κάποιο τρόπο η προσθήκη νετρονίου στον πυρήνα του ουρανίου προκαλούσε τη «σχάση» του, σε δύο στοιχεία: Το Βάριο που ήδη ήταν γνωστό και ένα ακόμα στοιχείο (το οποίο αργότερα ονομάστηκε Τεχνήτιο) με Α.Α. 43, απελευθερώνοντας μάλιστα τεράστια ποσά ενέργειας. Εκείνο όμως που έκανε ακόμα πιο ενδιαφέρουσα την ανακάλυψη, ήταν η απελευθέρωση (με τη σχάση) δύο νετρονίων, παρέχοντας τη δυνατότητα για μια αλυσιδωτή αντίδραση. Έτσι, τα δύο νετρόνια που απελευθερώνονται κατά τη σχάση του πυρήνα Ουρανίου προκαλούν τη σχάση δύο πρόσθετων πυρήνων Ουρανίου, απελευθερώνοντας 4 νετρόνια που με τη σειρά τους προκαλούν τη σχάση τεσσάρων πυρήνων κ.ο.κ. Με τον τρόπο αυτό μια ελάχιστη ποσότητα Ουρανίου μπορεί να απελευθερώσει με την αλυσιδωτή σχάση της ένα γιγαντιαίο ποσό ενέργειας, που —όπως έγινε σύντομα κατανοητό— είναι δυνατό να χρησιμοποιηθεί είτε για ειρηνικούς σκοπούς (την κάλυψη ενεργειακών αναγκών) είτε για την κατασκευή πυρηνικών βομβών.

Νανοτεχνολογία

Νέα μέθοδος για τη μαζική παραγωγή υψηλής ποιότητας μορίων DNA

Μια νέα μέθοδος κατασκευής, μονόκλωνων μορίων DNA μπορεί να λύσει πολλά από τα προβλήματα που συνδέονται με τις τρέχουσες μεθόδους παραγωγής. Η νέα μέθοδος μπορεί να φανεί χρήσιμη απο την νανοτεχνολογία DNA εώς την ανάπτυξη φαρμάκων που αποτελούνται από θραύσματα του DNA.

Η νέα τεχνική για την κατασκευή μικρών, μονόκλωνων μορίων DNA - ή ολιγονουκλεοτιδίων - έχει αναπτυχθεί από ερευνητές του Ινστιτούτου Καρολίνσκα στη Σουηδία και το Πανεπιστήμιο του Harvard. Αυτά τα θραύσματα DNA αποτελούν ένα βασικό εργαλείο για τους ερευνητές και θα διαδραματίσει σημαντικό ρόλο σε πολλούς τομείς της επιστήμης. Πολλές από τις πρόσφατες προόδους στη γενετική και μοριακή βιολογική έρευνα, όπως η ικανότητα γρήγορης ανίχνευσης του γονιδιώματος ενός οργανισμού, δεν θα ήταν δυνατή χωρίς ολιγονουκλεοτίδια

Η νέα μέθοδος είναι ικανή να λύσει τα 
προβλήματα που περιορίζουν σήμερα την παραγωγή των θραυσμάτων DNA .

"Έχουμε χρησιμοποιήσει ενζυματικές μεθόδους παραγωγής για να δημιουργήσουμε ένα σύστημα που όχι μόνο βελτιώνει την ποιότητα των παραγόμενων ολιγονουκλεοτιδίων, αλλά που επίσης καθιστά δυνατή την αναβάθμιση της παραγωγής με τη χρήση βακτηρίων, ώστε να παράγουμε μεγάλες ποσότητες αντιγράφων DNA φθηνά», λέει ο Björn Högberg στο Σουηδικό Ιατρικό Κέντρο. 

Χημεία

Κυψέλες καυσίμου με μυρμηκικό οξύ

Οι κυψέλες καυσίμου είναι διαφορετικές από τις μπαταρίες επειδή απαιτούν μια σταθερή πηγή καυσίμου και οξυγόνο για να λειτουργήσουν.Η τεχνολογία αυτή είναι ήδη εμπορικά διαθέσιμη, αλλά οι κυψέλες καυσίμου με μυρμηκικό οξύ εξακολουθούν να έχουν χαμηλή ισχύ και διάρκεια ζωής.Οι επιστήμονες ψάχνουν έναν καταλύτη ο οποίος θα μειώσει την απώλεια ενέργειας και θα αυξήσει το ποσοστό των χημικών αντιδράσεων, οι οποίες οδηγούν σε υψηλότερη αποτελεσματικότητα της κυψέλης καυσίμου.

Στη διατριβή του,ο Florian Nitze έχει αναπτύξει νέους καταλύτες που βασίζονται σε ένα συνδυασμό επιστήμης υλικών και της νανοτεχνολογίας – καθώς και της μηχανικής σε ατομικό επίπεδο.«Ειδικοί καταλύτες νανοσωματιδίων παλλαδίου που σχηματίζουν μοναδικές ελικοειδείς νανοίνες άνθρακα, αποδείχθηκε ότι έχουν μακρά διάρκεια ζωής και ένα πολύ υψηλό δυναμικό για χρήση σε κυψέλες καυσίμου με μυρμηκικό οξύ. Οι ελικοειδείς αυτές νανοίνες άνθρακα έχουν μια υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα και μια επιφάνεια που είναι πολύ εύκολο να «διακοσμηθεί» με τα νανοσωματίδια, λέει ο Florian Nitze.Η έννοια του κυψελών καυσίμου είναι να διαχωρίσουν αυτές τις δύο αντιδράσεις σε δύο ξεχωριστές αντιδράσεις, δηλαδή την οξείδωση και τη μείωση. Η ενέργεια που θα απελευθερώνεται από την καύση μπορεί πλέον να χρησιμοποιηθεί ως ηλεκτρική ισχύς εάν οι δύο αντιδράσεις που διαχωρίζονται συνδέονται ηλεκτρικά. 

Τεχνολογία

3-D απεικόνιση, pixel πρός pixel

Ένα δίκτυο από τέσσερα μονά-pixel έχει κάνει ό, τι μία ψηφιακή φωτογραφική μηχανή με 20-εκατομμύρια-pixel δεν μπορεί. Να δημιουργήσει μια τρισδιάστατη εικόνα ενός αντικειμένου.

Η παραγωγή μίας  3-D εικόνας δεν είναι εύκολη. Η μαγνητοσκόπηση μίας 3-D ταινίας, για παράδειγμα, απαιτεί δύο ακριβές κάμερες καθώς και ένα πολύπλοκο λογισμικό που συρράπτει 2-D εικόνες από τις κάμερες μαζί.

Ο φυσικός του Baoqing Sun του Πανεπιστημίου της Γλασκόβης στη Σκωτία και οι συνεργάτες του κατάφεραν αυτόν τον άθλο με ένα ζευγάρι φτηνών εξαρτημάτων. Χρησιμοποίησαν έναν προβολέα για να φωτίσει το κεφάλι ενός ανθρώπου με μια προκαθορισμένη ακολουθία διάστικτων μοτίβων φωτός. Μερικό από το φως που αντανακλάθηκε από το κεφάλι χτύπησε τέσσερα μονά-pixel ανιχνευτές που ειχαν τοποθετηθεί γύρω από τον προβολέα, το οποίο αντιστοιχούσε το ποσό του φωτός που συλλεγόταν για κάθε πρότυπο φωτισμού.

Μετά τη συλλογή  χιλιάδων προτύπων φωτός για αρκετά λεπτά, η ομάδα της Sun ήταν σε θέση να κατασκευάσει τέσσερις ζωντανές ασπρόμαυρες και 2-D εικόνες του κεφαλιού, ένα από κάθε ανιχνευτή. Τέλος, ένας απλός αλγόριθμος του υπολογιστή σε συνδυασμό με τις ενδείξεις από τους τέσσερις ανιχνευτές δημιούργησε μια 3-D εικόνα του κεφαλιού.

Αυτό θα μπορούσε να φανεί χρήσιμο για απεικόνιση όγκων κάτω από το δέρμα με ακτίνες Χ ή στην εύρεση υπογείων κοιτασμάτων φυσικού αερίου με υπέρυθρες.