Поскольку эти частицы необычайно малы, они демонстрируют иное химическое поведение чем, те же вещества, но "оптом". Тут в игру уже вступает квантовая механика.

Учёные ещё не могут сказать, по каким маршрутам подобные частицы будут путешествовать в теле, и где в результате остановятся. Это ещё предстоит выяснить. Зато некоторые специалисты уже рисуют футуристические картины преимуществ наноеды. Помимо доставки ценных питательных веществ к нужным клеткам.

Как вам понравится, например, интерактивный напиток, нарисованный воображением Мануэля Маркеса-Санчеса (Manuel Marquez-Sanchez) из компании Kraft Foods?

Идея заключается в следующем: каждый покупает один и тот же напиток, но затем потребитель сможет сам управлять наночастицами так, что на его глазах будут меняться вкус, цвет, аромат и концентрация напитка.

Фантастика. Но первые ласточки - уже на пороге. Сейчас рынок наноеды имеет объём около $3 миллиардов. Это пока лишь прикладные нанотехнологии, которые можно приспособить для нужд пищевой промышленности. А к 2010 году, по оценке экспертов, данный рынок вырастет до $20 миллиардов.

Может быть, в этой сумме свою долю завоюют и меняющие свою структуру напитки. Или, скажем, вылечивающие сосуды и сердце нанобифштексы.

Перуанские ловцы тумана поят людей и деревья

Газеты перуанской столицы Лимы периодически печатают предупреждения для местных жителей: ближайшие несколько дней воды в городе не будет! Происходит это довольно часто, а через десяток лет может и вовсе стать повсеместным явлением. Решение нашли немецкие биологи, занимающиеся охраной окружающей среды и помощью гражданам бедных стран.

Для того чтобы хоть как-то помочь жителям высокогорных районов, Кай Тидеманн (Kai Tiedemann) и Анне Луммерих (Anne Lummerich), немецкие специалисты по охране и рациональному использованию водных ресурсов, создали небольшую некоммерческую организацию Alimón, которая начала способствовать развитию стран Латинской Америки.

В 2006 году на окраинах Лимы биологи запустили проект по созданию ирригационной системы, собирающей воду из тумана, густая пелена которого, приходит со стороны Тихого океана с июня по ноябрь.

Немецкие специалисты предложили бюджетный вариант: подвесить на пути продвижения тумана специальные сети, которые могут собирать сотни литров воды в сутки.

Что же происходит? Сбор воды на сетях чем-то похож на конденсацию, когда пар в воздухе осаждается на холодной поверхности, постепенно образуя мельчайшие капли. В данном случае всё несколько проще. Туман уже состоит из капель жидкости.

Когда ветер прогоняет влажный воздух сквозь сети, капельки осаждаются на волокнах ткани.

Примерная схема получения и сохранения воды. Луммерих и Тидеманн использовали полотна, похожие на гигантские волейбольные сетки (4 на 8 метров). Их натянули между двумя деревянными столбами так, чтобы плоскость ткани была перпендикулярна главенствующему направлению движения воздуха. Верхняя часть каждой такой сетки располагается на высоте 5,5 метра над поверхностью склона.

По мере продвижения влажного воздуха сквозь сеть вода накапливается, капли растут и, в конце концов, (гравитация как-никак) начинают падать вниз, попадая в специальный жёлоб. По нему они стекают в два резервуара, а затем и в бассейн.

Уже сейчас ясно, что в хорошие дни "улов" может превысить 550 литров. Немыслимое количество по меркам перуанцев. Впрочем, и сами учёные не могут удержаться от красивых сравнений.

"Поднимаешься по дороге, близ сетей стоит густой туман, через некоторое время налетает ветер, и становится слышно, как накопившаяся вода начинает стекать. Будто открывается кран. Удивительные ощущения", - делится впечатлениями Анне.

Биологи создали и другой тип "ловца тумана" - многослойный. Его впервые опробовали в 2007 году. Он занимает столько же места, но при этом выдаёт более 2200 литров пресной воды в день!

 Данные устройства помогает людям для удовлетворения собственных нужд в воде, которые уже смогли осторожно встроиться в природные циклы и не только не нарушить шаткое равновесие в природе, но и немного его укрепить.

Спиральный робот перенял у бактерий стиль плавания

Если одни бактерии заражают человека, стоит попробовать снарядить на борьбу с болезнями другие микроорганизмы. Но пока генетические эксперименты в этой области не дают яркого результата, может, лучше взять, да и построить искусственные бактерии, которые будут выполнять "поручения" медиков? Неизвестно, какой подход выглядит более фантастичным, но управляемые роботы размером с микробов уже созданы и совершают свои первые заплывы в чашках Петри.

Целый ряд бактерий, таких как широко известная кишечная палочка (E. coli), ловко перемещаются в окружающей среде при помощи длинных жгутиков, завитых словно пружинки. Жгутики эти вращаются с очень высокой скоростью в ту или иную сторону, заставляя микроорганизм плыть вперёд и совершать кувырки да повороты.

Учёные не один раз с восторгом поглядывали на этот природный механизм, мечтая воспроизвести его в искусственной системе. Исследователи из самых разных институтов давно высказывали здравую мысль, что такие "хвостики" могут стать прекрасными движителями для медицинских микроботов, запускаемых в тело пациента. Но первой впечатляющего успеха на этом поприще добилась группа под руководством профессора Брэдли Нельсона (Bradley Nelson) из швейцарского федерального технологического института (ETH Zürich). membrana Перед нами настоящий технологический шедевр: спиральный медицинский микроробот (фото Institute of Robotics and Intelligent Systems/ETH Zürich).

Недавно Брэдли и его коллеги первыми сумели построить "Искусственный бактериальный жгутик" (Artificial Bacterial Flagella - ABF) - образование микрометровых размеров. Да ещё прикрепили его к "голове" - аналогу бактерии. Создав несколько таких изделий, названных "Спиральными плавающими микророботами" (Helical Swimming Microrobot), экспериментаторы пустили их в жидкость, воспроизводя ситуацию, когда подобным устройствам потребуется перемещаться не хаотично, но в определённом направлении, задаваемом человеком.

ABF насчитывают в длину от 25 до 75 микрометров, что лишь немногим больше, чем длина настоящих жгутиков у бактерий (5-25 мкм). Представляют собой эти искусственные "хвостики" свитые в спирали плоские ленточки. Толщина лент равна 27-42 нанометрам, ширина - менее 2 микрометров, а диаметр спирали - около 3 мкм.

Голова робота состоит из трёх тонких слоёв: хром, никель и золото. Именно никель, как магнитный материал, отвечает за вращение всего "конструктора". Учёные прикладывают к микроботам магнитные поля, а они заставляют вращаться и поворачиваться головки роботов - вот те и плывут.

Один из первых образцов микроробота с ABF, показанный на этих снимках, при собственной длине 74 микрометра достигал средней скорости движения 5 микрометров в секунду при частоте вращения 470 оборотов в минуту. Тёмная точка вверху - цель, к которой учёные старались направить свою "хвостатую бактерию" (фото Institute of Robotics and Intelligent Systems/ETH Zürich).

Кстати, Нельсон известен нам по созданию хирургического микробота - устройства, похожего на миниатюрную стрелку компаса, управляемую внешним магнитным полем.

Но в новом проекте есть существенные отличия. В первом случае (как и в целом ряде сходных экспериментов, проводимых в других университетах и институтах) крошечные "зонды" напрямую подталкиваются в нужную сторону внешним полем. Исследователи полагают, что такие "микромагниты" можно при помощи электромагнитов внешних довести до нужной точки в теле, чтобы там они могли выполнить свою задачу. К примеру, воздействовать на опухоль или атеросклеротические наросты в сосуде.

А вот ABF, полагают швейцарцы, позволяет управлять движением робота-бактерии куда более точно. Ведь тут внешнее поле лишь приводит в движение "хвост", а он уже толкает всего робота.

Команда Брэдли разработала специальное программное обеспечение, позволяющее создавать при помощи нескольких катушек вращающиеся поля сложной конфигурации. Так, по командам человека ABF может двигаться вперёд и назад, вверх и вниз, а также вращаться во всех направлениях.

Максимальная скорость движения ABF составила 20 микрометров в секунду, но авторы работы уверены, что вскоре её можно будет увеличить до 100. Для сравнения - E. coli разгоняется до 30 мкм/с.

Создатели плавающих микророботов полагают, что в будущем такие устройства смогут точечно поставлять лекарства к очагам поражения внутри человека. При этом такой способ выгодно отличается от прямого перетягивания каких-либо капсул магнитом. Ведь для движения ABF необходимо приложить очень слабое, совершенно безопасное поле (1-2 миллитесла).

Можно, конечно, заставить перевозить полезный груз и живые клетки (мы видели такие эксперименты - простой и более сложный), но тут придётся полагаться на их собственные "соображения", куда нужно двигаться.

Для реализации такой цели авторы проекта намерены ещё уменьшить размер своих роботов и повысить их скорость движения, равно как поработать над управляющей системой. Нельсон уверен - спирали ABF найдут применение и в медицине, и в фундаментальных исследованиях.

Создатели Helical Swimming Microrobot радуются, что их роботы так похожи на бактерии. Учёным не потребовались миллиарды лет, чтобы придумать прекрасный способ перемещения микрометровых объектов в жидкой среде - за исследователей это сделала Природа.

Membrana.ru.22 апреля 2009

Фургон стреляет облаком мороженого ради нанотехнологий

"Ранее в нынешнем году я получил письмо столь интригующее, что сразу увлёкся. Это была просьба о помощи с довольно необычной разработкой. Чтение по диагонали выхватило фразы вроде "геоинжиниринг", "фургон с мороженым", "нанотехнологии", "облако со вкусом мороженого". Заинтересовался сильно. Но потом я увидел слова "жидкий азот" и был пойман на крючок!"

Так рассказывает Эндрю Мейнард (Andrew Maynard), главный научный советник "Проекта развивающихся нанотехнологий" (Project on Emerging Nanotechnologies), о своём скромном участии в необычном арт-начинании.

Возможность соединить популяризацию науки с развлечением и весельем понравилась физику Эндрю Мейнард, к опыту и знаниям которого не раз обращались политики как из Белого дома, так и из других весомых "структур", когда подготавливали документы, связанные с развитием научной отрасли. А ещё Эндрю, наверное, не смог отказаться от вкусного угощения.

О чём вы мечтали в детстве? О пряничном домике, реке из киселя, радуге из мармелада? Полагаем, об одном вы думали точно: пробуя на вкус снег, вы мечтали, чтобы с неба падали не обычные снежинки, а мороженое. Клубничное, например. Новый британский проект - это шаг к реализации детской мечты. Причём научный "бэкграунд" у него вполне серьёзный.

"Проект Облако" (Cloud Project) реализовали дизайнеры Зои Пападопоулу (Zoe Papadopoulou) и Кэтрин Крамер (Cathrine Kramer).

Именно Зои написала послание Мейнарду с тем, чтобы исследователь проконсультировал художниц по научной части замысла. А ведь идея была, честно говоря, просто сумасшедшей: если нынешние технологии позволяют искусственно вызывать дождь или снег, распыляя реагенты в небе, то почему бы технологиям будущего не создавать ванильные, клубничные или шоколадные осадки? Переделанная для "изготовления облаков" машина - это старый фургон для мороженого на базе Leyland Sherpa 1980 года. На переоборудование его под замысел дизайнеров ушёл не один месяц ручной работы (фото ha++/flickr.com).

Идея облака-мороженого родилась у двух студенток после того, как отделение "Дизайна взаимодействий" (Design Interactions) Королевского колледжа искусств посетил учёный Ричард Джонс (Richard Jones), специалист по нанотехнологиям, бывший советник британского правительственного агентства по инжинирингу и естествознанию (EPSRC).

Вдохновлённые перспективами нанотехнологий и огорчённые массой препятствий на пути к их триумфу, девушки задумали смешать наивную фантазию с передовыми разработками.

Цепочка рассуждений была примерно такова: если делать мороженое при помощи жидкого азота (быстрая заморозка), получается очень "гладкая" система с частицами нанометровых размеров. В то же время известно, что различные наночастицы могут применяться в качестве центров кристаллизации в опытах с управляемой погодой (в свою очередь способных влиять на климат).

Так почему бы не соединить оба подхода? Что если распылять в атмосфере смесь жидкого азота с мороженым, наполненным "спроектированными" наночастицами? Получится мороженое-облако, пойдёт с неба снег из мороженого?

Точных ответов на эти вопросы нет. Как замечает Мейнард, между идеей и работающей технологией - пока ещё большая пропасть. Но зато уже создан фургончик с мороженым, показывающий прообраз такой системы. Недавно он был представлен на выставке работ выпускников Королевского колледжа искусств в Лондоне Design Interactions Show 2009.

Мощный водяной распылитель на крыше фургончика - это прототип "облакоделательной машины" ближнего радиуса действия. Его окружают "ракеты", которые гипотетически можно запускать высоко в небо, создавая там облака из мороженого. Подставлять язык под эту струю ещё рано, но, утверждают специалисты, в замысле облаков из мороженого нет ничего противоречащего науке (фото ha++/flickr.com).

Не спешите разочаровываться. Да, настоящих ванильных облаков ещё нет. Клубничных и шоколадных - тоже. Но Зои и Кэтрин раздавали прохожим (а также своим друзьям и приглашённым учёным) самое настоящее мороженое, сделанное тут же в машине. За поеданием сладостей следовали беседы о воздействии современных технологий на нашу жизнь.

Это и было главным в затее - фургон, как мечта из детства и магнит, выступал "центром кристаллизации" для дискуссий. Автомобиль служил инструментом для устранения пропасти между специалистами, знакомыми с теми же нанотехнологиями не понаслышке, и обычными людьми, черпающими знания, по большей мере, из жёлтой прессы, нередко представляющей перспективные отрасли знания (не только нанотехнологии, но, к примеру, генную инженерию) как нечто "ужасное", что "всех нас погубит".

"А может быть, спасёт?" - рассудили авторы "Облака".

Не зря многие учёные сейчас оценивают возможности науки в области геоинжиниринга - воздействия на окружающую среду с целью коррекции нежелательных процессов. Все эти планы ещё нуждаются в многократной перепроверке, но важно говорить о них, спорить, обсуждать.

Стоит ли засеивать океан питательными веществами, которые стимулируют рост бактерий, поглощающих углекислый газ? Можно ли попробовать выбрасывать в атмосферу наночастицы, меняющие альбедо планеты так, чтобы замедлить потепление?

Другая сторона тех же технологий - создание доступной для миллиардов высокопитательной пищи. Должны ли тут люди полагаться на генетически изменённые организмы, сулящие множество преимуществ в данной отрасли?

Генная инженерия пригодилась бы и для создания облаков из мороженого. Пападопоулу и Крамер вспомнили, что в реальном процессе образования осадков важную роль играют бактерии Pseudomonas syringae (мы рассказывали об этом открытии).

На поверхности их мембран есть белок, провоцирующий кристаллизацию воды. Ген, отвечающий за его синтез, можно было бы выделить и перенести в Saccharomyces Cerevisiae - пивоваренные дрожжи - то есть грибки, широко используемые в пищевой промышленности.

Далее к будущим ядрам кристаллизации следует добавить молочные протеины и ароматизаторы. К примеру, за вкус клубники отвечают 360 летучих соединений, сообщают британские новаторы, но достаточно взять шесть основных (вроде фуранеола, этил-бутаноата и других), чтобы получить близкое подобие. Капсулирование определённых веществ бактериями - реально с точки зрения всё той же нанотехнологии. Результат засеивания облаков такими проектированными микроорганизмами - появление снега со вкусом клубничного мороженого. В теории, во всяком случае.

Гипотетическая технология создания облаков из мороженого. Слева: подборка ароматических соединений, отвечающих за вкус клубники. Справа: этапы создания проектированных центров кристаллизации.1 - бактерии Pseudomonas syringae как естественные "ядра", способные вызывать осадки, 2 - ген белка, отвечающего за кристаллизацию льда, переносится в дрожжи, 3 - организмы дополняются молочными белками и ароматизаторами, 4 - выброс культуры в небе вызывает снег из мороженого (иллюстрации Cloud Project).

Фургончик Зои и Кэтрин - является одним из пробных шаров, который может подсластить приход нанотехнологий в массы. Или предупредить об опасности экспериментов с природой без должной "разведки".

Эта двойственность - то, что привлекло в проект Мейнарда. Он говорит, что геоинжиниринг позволяет средствами нанометрового "калибра" воздействовать на Землю в мегамасштабе. И что реальное применение таких технологий - это своего рода проверка человечества на зрелость.

В то же время учёные должны помнить, что если какая-то гипотеза оказалась ошибочной, а на её основе уже развернули "боевые действия" (не важно, против глобального потепления или массового голода), у людей останется не так уж много возможностей "перемотать плёнку назад" и начать всё заново. И после этого назовёте вы облака из мороженого пустой забавой?

Страницы: 1, 2