Научные хитросплетения: как ученые используют принцип хобби в работе
Есть ли волшебная пряжа, из которой можно сплести кожу, сосуды и даже кости? Можно ли отпугнуть вредителей на огороде запахом? И сколько молока дает первая в России клонированная корова? Подробнее – рассказали в программе "Наука и техника" на РЕН ТВ с ведущим Михаилом Борзенковым.
Каждому котику по шапочке. Не от холода, а в целях эксперимента
Это не показ кошачьих мод и не дефиле, чтобы порадовать бабушку. Шапочки из шерсти животным связали ученые Монреальского университета. С помощью головного убора исследователи изучали хроническое заболевание, от которого страдает каждая четвертая кошка.
"Остеоартрит поражает больше 25% популяции взрослых кошек. Самое сложное – вовремя распознать заболевание и понять, насколько животному больно. Поэтому мы решили использовать электроэнцефалографию – метод записи электрической активности мозга с помощью электродов. Но дело в том, что нам нужно было бодрствующее состояние животных, а прикрепить датчики, чтобы они не спадали, казалось невозможным", – объяснилась профессор факультета ветеринарной медицины Монреальского Университета Од Кастель.
Тогда ученые придумали связать шапочки, чтобы фиксировать электроды для записи мозговых волн. В эксперименте участвовали 11 кошек. Исследователи не просто записывали работу мозга, они воздействовали на разные органы чувств животных. Им давали вдыхать эфирное масло грейпфрута и включали красный, синий и зеленый свет в случайном порядке и с перерывами.
Вязаные шапочки с датчиками помогли ученым обнаружить удивительный факт: бодрящие запахи, вроде цитрусовых, и мягкое цветное освещение буквально переключают мозг кошки, а это снижает боль! Похоже на то, как музыка или аромат лаванды помогают людям отвлечься от дискомфорта. Такие методы могут заменить часть обезболивающих препаратов, которые часто дают побочные эффекты. А ведь нити и их удивительные переплетения уже буквально ткут наше будущее, делая жизнь удобнее и безопаснее!
Скоро футболки и брюки будут знать все о нашем здоровье и даже вырабатывать электричество! Что еще удивительного изобретают ученые по всему миру из нитей?
Сенсационное открытие в мире нанотехнологий. Американские химики разработали уникальный материал, который невозможно разорвать! Ученые дали ему название ПАМ – поликатенированный архитектурный материал. Он состоит из переплетенных звеньев, похожих на кольчугу, и сочетает в себе прочность твердых тел и пластичность жидкостей.
"Обычные твердые тела состоят из фиксированных частиц, а жидкости – из свободно перемещающихся молекул. Новый материал ПАМ занимает промежуточное положение: его частицы связаны между собой, но могут скользить и двигаться относительно друг друга", – заявил Вэньцзе Чжоу, аспирант Калифорнийского технологического института.
В каждом квадратном сантиметре нанокольчуги больше 100 триллионов связей. Это придает ей невероятную прочность. Из ПАМ можно будет плести бронежилеты, которые гнутся словно ткань, но держат удар как сталь, и умные импланты, способные подстраиваться под тело человека как вторая кожа. Похожий принцип переплетения, который сочетает гибкость и прочность, российские ученые Нижегородского госуниверситета имени Лобачевского применили и для другой технологии. Они связали уникальный биоматериал для 3D-печати. Из него можно делать искусственную кожу, сосуды и даже кости! Секрет в удивительном плетении двух компонентов – хитозана из панцирей ракообразных и сверхпрочного пластика поликапролактона!
Полученная бионить – настоящая революция в трансплантологии!
"В настоящее время для 3D-печати биомедицинских материалов используют полиэфиры, такие как полилактид и поликапролактон, они при разложении выделяют кислоты, которые приводят к закислению тканей и развитию воспалительных процессов. Совмещение подобных полиэфиров с хитозаном позволяет связывать выделяемую кислоту молекулами хитозана, что позволяет избежать развития подобного негативного процесса. Наиболее сложной задачей было совмещение хитозана с поликапролактоном – они практически несовместимы. И задача совмещения этих двух полимеров – одна из наиболее сложных, которую мы решили", – говорит сотрудник кафедры высокомолекулярных соединений коллоидной химии химического факультета ННГУ имени Лобачевского Иван Леднев.
Самое невероятное, что ультразвуковая паутина, сотканная учеными, растворяется в организме без следа! Меняя рецепт плетения, можно создавать как гибкие пластыри, так и прочные костные импланты!
"Здесь мы видим образец, полученный из представленного материала, уже в виде филамента. Подобную нить можно загружать в 3D-принтер, из которой уже печатать необходимые нам изделия той формы, которую мы зададим", – отметил Иван Леднев.
Как в фильмах про Терминатора: материал, который восстанавливается сам
Наука буквально вяжет нам новое будущее. Французские и немецкие ученые создали невозможное! Исследователи смешали гидрогель с крошечными частицами глины, которые в тысячи раз меньше песчинки, и случилось чудо! Если такой материал разрезать, то через 4 часа он восстановится на 90%, а через сутки и вовсе станет как новый!
"Раньше материалы могли имитировать либо прочность кожи, либо ее регенерацию, но не оба свойства сразу. Теперь удалось сплести оба качества в одном словно нити в ткани. В основе материала – гидрогель, в него добавили ультратонкие глиняные нанолисты. Затем смесь смешали и засветили УФ-лампой, полимеры сплелись в прочную, но подвижную сеть", – пояснила профессор кафедры прикладной физики Университета Аалто Олли Иккала.
Такой гидрогель можно использовать для умного пластыря. Представьте, он сам залечит рану, а потом растворится! Ни шрамов, ни боли – только чистая кожа. Но и это не все. Технологии плетения добрались даже до алмазов.
Как сделать крышу надежной и безопасной
Пожарная сирена – звук, знакомый каждому новоселу этой столичной многоэтажки. Анастасия Ивко, молодая мама с грудным ребенком, от сигнала тревоги сначала вздрагивала. Но когда сигнализация стала срабатывать каждый день, перестала реагировать, как и остальные соседи.
"Гуляем с детьми на улице, врубается эта сирена, лифты выключаются. И я потом – на 20-й этаж сначала с ребенком по лестнице, потом спускаюсь за коляской. Ужас просто. Ну это ладно, а если реально гореть будем? Это как в притче про мальчика и волков: 100 раз срабатывает ложная, а на 101-й – реальная, но уже никто не среагирует", – пожаловалась Ивко.
Основная причина срабатывания ложной сирены в новых домах – это строительная пыль от ремонта в квартирах. Частицы цемента и бетона датчики принимают за дым. И это проблема практически всех новостроек. Решить ее, по мнению ученых Владимирского госуниверситета, способны сверхчувствительные сенсоры, которые анализируют воздух на молекулярном уровне и распознают ложные сигналы.
"Это непосредственно образец алмаза. Его габариты составляют около 4 на 4 миллиметра. Лазерная модификация осуществляется непосредственно через более протяженную грань. Таким образом луч входит сверху", – поведал Антон Черников, научный сотрудник молодежной лаборатории ВлГУ.
Секрет технологии – в особых нитях из графена, спрятанных внутри искусственного алмаза. Лазер выжигает микроскопические дорожки, превращая углерод в проводящую пленку. Когда молекулы газа садятся на нее, возникает электрический импульс. Но самое главное – каждое вещество в воздухе оставляет уникальный след. Искусственный интеллект мгновенно распознает угрозу, будь то метан, радиация или токсичные вещества. Датчики работают в десять раз быстрее аналогов и выдерживают температуру до 1,5 тысячи градусов. Их можно использовать даже в космосе.
"Основное преимущество таких датчиков заключается в том, что они достаточно быстро работают, быстрее, чем стандартные схемы, и могут работать в экстремальных условиях. Например, датчики к излучению можно располагать в космических аппаратах, где требуется устойчивость датчика к жестким радиоактивным излучениям", – заявил старший научный сотрудник ВлГУ, кандидат физико-математических наук Дмитрий Бухаров.
Как грибы спасут мир и восстановят природу после катастроф
Шокирующие кадры из турецкой провинции Измир. Эгейское побережье в июне этого года превратилось в ад: бушующие пожары уничтожили десятки гектаров леса и вынудили эвакуировать 50 тысяч человек. По оценкам экологов, на восстановление природы уйдет минимум 15 лет. Но, возможно, это время удастся сократить. Исследователи школы микологов Томского госуниверситета выяснили, что природа тоже... вяжет. И главные специалисты в этом искусстве – грибы. Они настоящие биоинженеры! Их гифы, микроскопические нити, оплетают корни деревьев как паутина, создавая сеть выживания.
"Это белый гриб. Когда мы ходим по лесу, мы даже не задумываемся, что под землей огромный "интернет", – отметила доцент кафедры генетики и клеточной биологии НИ ТГУ Ольга Вайшля.
Грибы делятся с деревьями водой и минералами, а те снабжают подземную сеть питательными веществами. Этот природный симбиоз называется эктомикоризой, и без него большинство хвойных и лиственных посадок растут хуже или даже гибнут. Но что делать, если в почве нет нужных грибниц? Томские ученые создали биопрепарат с живым мицелием самых полезных грибов.
"И самой востребованной формой такого живого мицелия является вот такая сыпучая форма, потому что она вносится в область корневой системы, сеянца или саженца того или иного хвойного дерева. Под определенный вид дерева нужна определенная марка с определенным видом такого гриба", – пояснила Ольга Вайшля.
Если грибы – это интернет леса, который помогает деревьям выживать, то биопрепарат – словно заряженная батарейка для молодых саженцев. Гифы оплетают корень дерева, помогая ему впитать больше воды и питательных веществ, а заодно защищают от болезней.
"За право в свою корневую систему впустить еще таких нахлебников, как грибы, за это растение платит достаточно дорогую цену, потому что оно отдает ряд полезных питательных веществ, и на первых этапах такого резкого возрастания морфологических показателей физиологических мы не наблюдаем. Это все хорошо видно на первый, на второй год посадки на постоянное место произрастания, когда гриб в корневой системе растения позволяет им лучше адаптироваться, меньше болеть и быть более устойчивым к неблагоприятным факторам", – сказала Вайшля.
Томские ученые уже выращивают хвойные деревья с грибной ДНК внутри. Для каждого региона – свой штамм мицелия. Эти саженцы высадят на выгоревших склонах от Кавказа до Сибири. Кто бы мог подумать, что в любимом хобби бабушек кроется ключ к спасению жизней, лесов и даже целых экосистем!