Ученые сделали кожу прозрачной: что они увидели внутри человека
Как найти потерявшуюся сережку? Есть одно волшебное – исключительно научное – средство! Оно увеличивает даже самые микроскопические объекты! Таким образом американские биологи научились менять размер… клеток! Некоторые теперь можно рассматривать даже без микроскопа! Что еще, скрытое ранее, ученые научились видеть невооруженным глаз? И как эти открытия изменят нашу жизнь?
Подробнее – в программе "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.
Камера Богорова: как увидели микроорганизмы, которые ранее были не видны
Проведем простой эксперимент. Откройте кран и налейте стакан воды. Перед вами миллионы бактерий и микроорганизмов! Большинство из них – мирные, то есть безопасны для человека. Но могут попасться и вредители. Пока вода проходит путь по трубам в десятки километров, в ней могут поселиться изворотливые автохтонные бактерии! Это микробы, способные выделять токсины.
"Эти автохтонные, злобные бактерии, они очень приспособляющие к окружающей среде. Они заселяются во всяких глухих местечках, где поменьше скорость течения воды и у них, так сказать, вот это вот слизневое одеяло, оно их закрывает. Среди них есть, например, и железобактерии. Что они делают? У них там идеальные условия для питания, потому что когда они там живут, на это их липкое одеяло прилипают и патогенные бактерии, которые вдруг там появятся, и плюс еще то, чем они питаются. Так вот, они питаются железом и переводят его из состояния растворенного в нерастворенное", – отметила Мария Монина, руководитель главного контрольно-испытательного центра питьевой воды.
Рекомендация специалистов – кипятить водопроводную воду перед употреблением! Ведь она идеальная среда для бактерий. Еще больше их в озерах и реках, где можно встретить коварных криптоспоридий. Эти паразиты способны превратить кишечник человека в поле боя!
Но как распознать скрытую опасность? Российские ученые научились рассматривать в воде микроорганизмы, которые ранее были не видны человеческому глазу!
Камера Богорова – небольшая пластмассовая формочка с лабиринтом внутри. Она уже более века помогает исследователям изучать микроорганизмы. Правда, искажая изображение. Ученые из Ярославля модернизировали сосуд и получили сверхчеткое изображение… будто заменили черно-белый телевизор на плоский современный экран!
"Такая камера используется для просчета планктонных животных. Это мелкие животные размером от пятидесяти микрометров до десяти миллиметров. Берем выборку из пробы. С помощью штемпель-пипетки отправляем ее в нашу камеру Богорова. И, настроив удобный свет, мы можем просчитывать животных, определять их видовую принадлежность", – рассказала кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории экологии водных беспозвоночных ИБВВ РАН Светлана Жданова.
Секрет в крошечных светодиодных матрицах. Их биологи поместили прямо в камеру – так, чтобы свет не проходил сквозь бактерии и воду, а ломался на границе с микроорганизмами, будто кто-то поместил лампочки внутри каждой клетки. Раньше такими способностями обладали только дорогие микроскопы.
"Вариант, который мы сейчас используем, прекрасно подходит для любых бинокулярных микроскопов, даже самых примитивных. Он прекрасно подходит для работы в полевых условиях, поскольку эта система снабжена аккумуляторным блоком и позволяет несколько дней автономно проводить работы, совершенно не задумываясь о источнике энергии и света", – подчеркнул Михаил Дудаков, начальник экспериментальной мастерской Института биологии внутренних вод им. И. Д. Папанина РАН.
Томские ученые научились сканировать микротрещины на металле, как рентген
Автомеханик Максим Горелов ежедневно проводит диагностику нескольких машин. Опытный специалист с легкостью находит дефекты. Например, трещины на сайлентблоках – это резиновые подушки, которые гасят удары в подвеске автомобиля.
"Вот у нас на нижнем рычаге задней подвески идет отслоение сайлентблоков, то есть здесь даже не то что отслоение, здесь уже они просто-напросто сгнили. Соответственно, у нас здесь уже появляется люфт подвески", – поделился автомеханик Максим Горелов.
Но бывают невидимые глазу повреждения деталей, которые не разглядит даже самый грамотный автослесарь. Например, микротрещины в двигателе. Чтобы их найти, требуется дефектовка, то есть полный разбор и проверка сердца машины. Процедура долгая и дорогая. Альтернативу ей нашли ученые Томского госуниверситета. Они научились сканировать микроскопические изъяны, словно рентген.
"Невооруженным глазом образец целый, имеет сплошную структуру и ничего необычного. С обратной стороны мы можем наблюдать о то, что образец уже испытал определенную нагрузку и происходит уже сквозная трещина. Для диагностики данного материала можем лишь увидеть о то, что именно в области трещинообразования существует какая-то проблема либо разрушить образец и уже исследовать излом. Метод же квантовой радиографии позволяет просветить объект и наблюдать внутренние дефекты, при этом не разрушая наш образец", – отметил Павел Космачев, заведующий молодежной лабораторией "Микроэлектроника мультиспектральной квантовой интроскопии" Томского государственного университета (ТГУ).
Уникальный детектор состоит из тонкого сенсора, который покрыт кристаллами арсенида галлия с добавлением фтора. Сверху на хрупкий слой разработчики установили целую электронную армию: платы, чипы и микросхемы. Каждый элемент пиксельной матрицы, словно частный детектив, выслеживает микротрещины!
"Назовем всю эту систему "сэндвич", который состоит из полупроводникового материала – это арсенид галлия со специальными примесями, на поверхности которого формируются различные пленки. Такую систему можно наблюдать здесь. Здесь, помимо слоев, сформирована еще и картина, а именно, пиксельная матрица. Данная пиксельная матрица только на основе кремния есть в камере телефонов, которая работает в видимом диапазоне, а этот сенсор работает в рентгеновском диапазоне очень даже хорошо", – дополнил Иван Щербаков, старший научный сотрудник Центра исследований и разработок "Перспективные технологии в микроэлектронике" Томского государственного университета (ТГУ).
Сканер с рентгеновским зрением проникает вглубь материала и исследует его на атомном уровне. Традиционным технологиям такое неподвластно. Но и это не все! Томские ученые разработали еще и компьютерную программу. Она с ювелирной точностью анализирует каждый снимок. Алгоритмы работают как опытный врач-диагност. Только в тысячи раз точнее.
"Применяя различные математические алгоритмы, можно обработать получаемое изображение и получить области, которые могут быть как раз локализацией дефектов или зарождением, например, трещины или пустоты, которые в исходном изображении, получаемом на оборудовании, не видны. То есть этот метод – способ улучшения обработки получаемых изображений", – подчеркнул Павел Космочев.
Раствор, способный сделать кожу прозрачной
Пока российские ученые сканируют металлические детали, американские смотрят сквозь живую кожу! Без скальпеля и рентгена! Как? Благодаря "волшебному эликсиру". Он делает покров тела прозрачным, как стекло!
Секрет фокуса в пищевом красителе – тартразине! Его обычно добавляют в торты и напитки. Ученые смешали желтый порошок с водой и нанесли на тело. Раствор отлично поглотил свет, перенаправил волны на кожу и сделал ее невидимой!
Технологию уже испытали на подопытных мышах. Всего несколько капель – и на голове грызунов стали четко видны кровеносные сосуды. Когда раствор смыли, кожа мгновенно вернула обычный вид. Излишки, которые покров успел впитать, безопасно вышли из организма за двое суток.
"Метод позволяет рассмотреть микроскопические детали, что может привести к прогрессу в медицинской диагностике. Технология позволит обнаруживать травмы, мониторить расстройства пищеварения и выявлять раковые заболевания", – отметил Гусонг Хонг, ассистент профессора кафедры материаловедения и инженерии Стэнфордского университета.
Новый тип линз – спиральные
Французские ученые не стали усложнять лупы и микроскопы, а решили вооружить… наши глаза! Они придумали, как сделать зрение в разы мощнее. Достаточно вставить линзы, и увидеть все – от муравья до звезды.
Стандартные линзы, как правило, подходят для коррекции или близорукости, или дальнозоркости. Есть бифокальные линзы – сразу с двумя различными фокусами. Но такие нельзя использовать для работы на средних расстояниях, например, за компьютером.
Французы изобрели новый метод исправления зрения. Если вглядеться в их суперлинзу, то можно увидеть узор в виде спирали. По этому вихрю свет буквально закручивается в глазное яблоко, как вода в отверстие раковины. Эффект позволяет четко видеть на разных расстояниях. Это подтвердили первые испытания.
"Новый тип линз, имеющих спиралевидную форму, подходит для людей с любым зрением, даже если у человека дальнозоркость и близорукость одновременно. Это подтвердили и добровольцы: при тестировании изображение оставалось четким при разном освещении и на разных дистанциях", – рассказал доктор медицины, исследователь в области офтальмологии Жорж Азар.
От сложных приборов до улучшения самого человека! Чего только ни придумают ученые, чтобы разглядеть незримое! Возможно, благодаря науке уже совсем скоро мы сможем видеть в темноте, как кошки, или рассматривать марсианский ландшафт без телескопа.