Čilá šroubovice

20.10.2014
Nahoře na  snímku pořízeném rastrovacím elektronovým mikroskopem ho vidíme z boku, samostatnou jednotku vidíme dole (obr. Nanopropellers and Their Actuation in Complex Viscoelastic Media, Debora Schamel, Andrew G. Mark, John G. Gibbs, Cornelia Miksch, Konstantin I. Morozov, Alexander M. Leshansky, and Peer Fischer, ACS Nano 2014 8 (9), 8794-8801).

Miniaturní šroubovici z oxidu křemičitého a niklu, která je schopna pohybu v biologických tekutinách, sestrojili experti z Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Stuttgartské univerzity a izraelského Technionu pod vedením Peera Fischera. Šroubovici z SiO2 o průměru 70 nm a délce 120 nm se třemi otáčkami zakončuje hlavička z niklu o průměru 40 nm. Pomocí nanofotolitografických technik připravili dosud zdaleka nejmenší zařízení tohoto typu. Napařováním pod různými úhly nechali na niklových čepičkách vyrůst pole šroubovic. Nahoře na snímku pořízeném rastrovacím elektronovým mikroskopem ho vidíme z boku, samostatnou jednotku vidíme dole (obr. Nanopropellers and Their Actuation in Complex Viscoelastic Media, Debora Schamel, Andrew G. Mark, John G. Gibbs, Cornelia Miksch, Konstantin I. Morozov, Alexander M. Leshansky, and Peer Fischer, ACS Nano 2014 8 (9), 8794-8801).Pohání je rotující magnetické pole (8000 A/m, frekvence 50 - 80 Hz), které roztočí niklovou čepičku a tím i šroubovici, která jako lodní šroub tlačí celek vpřed. Změna směru se provádí změnou osy rotace pole. Zařízení je tak malé, že se může pohybovat jen v tekutinách viskoznějších než voda. Experimenty proběhly v gelu kyseliny hyaluronové a směsi vody s glycerinem. V čisté vodě bez velkých organických molekul je Brownův pohyb způsobený nárazy molekul vody tak silný, že překoná sílu vyvolanou magnetickým polem a řízená plavba není možná. Očekává se, že podobné miniaturní mechanismy se uplatní v lékařství ať už pro řízenou dopravu účinných látek nebo k operativním zákrokům v nanometrovém měřítku. Popsané zařízení je tak malé, že může proniknout i do nitra buňky.

 

Zmizelé hory

19.10.2014

Geologové pod vedením prof. Daniely Rubatto z Australian National University odhalili, že před 600 miliony let se z dnešní západní Afriky do severovýchodní Brazílie zhruba dnešním severojižním směrem táhlo 2.500 km dlouhé pohoří. Svými rozměry se podobalo současným Himalájím. Oba světadíly tehdy tvořily součást superkontinentu Gondwana. Podařilo se to zjistit na základě analýzy krystalků hornin ze vzorků, které při polních výzkumech v Togu, Mali a na severovýchodě rodné Brazílie sebral Dr.Ganade de Araujo ze Saopaulské univerzity . Při vzniku pohoří vrásněním byly horniny zatlačeny 100 km hluboko do zemského pláště, kde došlo vlivem tlaku a tepla k jejich přeměně. Do dnešní doby byly vrstvy nad nimi zcela oderodovány a původně hluboko ležící horniny obnaženy. Na základě jejich analýzy bylo možné určit výšku a rozsah pohoří. Vzhledem ke své výšce podléhaly hory v době vzniku intenzivní erozi. Vymýváním pod horami usazených sedimentů pronikalo do oceánu takové množství živin, že mohlo ovlivnit chemické procesy v něm probíhající a dodat živiny pro kambrickou explozi života.

 

Ostnatá tobolka

18.10.2014
Tobolka bez gelového pokrytí. Mince pro porovnání je americký jednocent o průměru 19 mm (foto MIT)

Orální přijímání léků je nejpohodlnější, tudíž nejoblíbenější, ale řada účinných látek nepřežije průchod žaludkem. Injekční podání je obtížnější, ale účinnější a nehrozí při něm rozklad působením žaludečních šťáv. Zajímavou kombinaci obou postupů vyvinuli Giovanni Traverso, Avi Schroeder a Carl Schoellhammer z MIT spolu s kolegy a lékaři z Massachusetts General Hospital. Základem je dutý váleček z polyakrylonitrilu [-CH2-CH(CN)-] n dlouhý 2 cm o průměru 1 cm. Z něj vyčuhují na všechny strany desítky nerezových dutých jehel 5 mm dlouhých. Na vrcholu válečku se nachází nádržka pro aktivní látku. Zařízení vidíme na obrázku v porovnání s americkou jednocentovou mincí o průměru 19 mm (foto MIT). Celek pokrývá gel, který se po polknutí tobolky v žaludku rozpustí. Tím obnaží jehly, které během průchodu trávicím traktem mírně zraňují střevní stěnu. Do těchto míst proudí aktivní látka, kterou z nádržky vytlačuje peristaltický pohyb střev. Vypadá to drasticky, ale pokusy na prasatech s podáváním inzulinu ukazují, že k žádnému nebezpečnému poškození tkání během týden trvající průchodu nedojde. Účinek je rychlejší a vyšší než při podání podkožní injekcí. Tímto způsobem lze podávat všechny látky, které nepřežijí průchod žaludkem. Nicméně polknutí tak rozměrné tobolky jistě není bez problémů. Publikace rovněž nezmiňuje jakým způsobem tobolka s hroty čnícími na všechny strany opouští naše tělo.

 

Co čicháme?

17.10.2014
nahoře hydratace aldehydu na geminální diol, dole struktura vanilinu

Čichové receptory savců rozpoznávají molekuly aldehydů až po jejich reakci s vodou na geminální dioly. To jsou molekuly se dvěma -OH skupinami na koncovém uhlíku. Tato reakce probíhá ve vrstvě hlenu, jež pokrývá nosní sliznice. Znázorněna je na obrázku nahoře. Zjistil to americko-izraelský výzkumný tým pod vedením Kevina Ryana z City College of New York. Aldehydy patří k nejdůležitějším vonným látkám. V parfumerii se jich používají desítky. Patří k nim např. i vanilin (na obrázku dole) a ethylvanilin, jež se vyznačují vanilkovou vůní a chutí.

 

Teplomilné kvasinky

16.10.2014
struktura fekosterolu (vlevo) a ergosterolu (vpravo)

se podařilo klasickými postupy bez genové manipulace vyšlechtit v laboratoři prof. Jense Nielsena ze švédské Chalmersovy technologické univerzity (Chalmers tekniska högskola) v Göteborgu. Nový kmen dobře pracuje až do 40oC, zatímco dosavadní kultury přežívají jen do teplot o deset stupňů nižších. Při výrobě ethanolu v průmyslovém měřítku ve velkých nádržích je třeba kvasící kultury dokonce chladit. Vyšší teplota kvasící směsi umožní nejen vypustit chlazení, a tím snížit náklady, ale zlepší se i účinnost vlastního kvašení. Mutace kvasinek spočívá v záměně ergosterolu za fekosterol. Ergosterol, kromě toho, že je provitamin D, hraje důležitou roli při vzniku buněčných membrán hub, obdobně jako u nás cholesterol. Struktura obou látek je velmi podobná. Molekula fekosterolu je na rozdíl od plochého ergosterolu zahnutá, což buněčné membrány stabilizuje.

 

Nejstarší jeskynní malby

15.10.2014
Aubert, M. et al. Nature 514, 223–227 (2014)

odhalili archeologové pod vedením Maxime Aubert z Griffith University v australském Queenslandu. Můžeme je vidět ve vápencové jeskyni indonéského ostrova Sulawesi (Celebes). Od jejich objevení v padesátých letech vědci předpokládali, že jsou staré 10.000 let. Nově provedené urano-thoriové datování ukázalo, že nejstarší z nich vznikla před 40.000 lety. Šlo o negativní kresbu lidské ruky, jež posloužila jako šablona (viz obr., Aubert, M. et al. Nature 514, 223–227 (2014)). Věk malby samotné tímto způsobem určit nelze, nicméně je možné určit stáří vápencové vrstvy, která je překrývala. Dosud se předpokládalo, že jeskyní malby se poprvé objevily v Evropě, nicméně i ty nejstarší evropské nálezy jsou o 2.000 let mladší. Malby samotné i jeskyni, v níž se nacházejí, si můžeme prohlédnout na videu.

 

Hojení elektrod

14.10.2014
Průběh zacelování poškozených míst během pěti hodin. Snímek byl pořízen rastrovacím elektronovým mikroskopem, obr. Nature Nanotechnology, Volume: 9, Pages:631–638, 2014, doi:10.1038/nnano.2014.130.

Velké omezení pro lithiové elektrochemické články představují opakované změny objemu elektrod při pohybu lithných iontů. Vznikající drobné trhlinky snižují jejich vodivost. Se zajímavým řešení přišli elektrochemici ze Stanford University, které vedl Zhenan Bao. Shluky křemíkových částeček o rozměru 3 až 8 mikrometrů zapouzdřili do samoobnovitelného polymeru, který je schopen chemickou reakcí napravit mechanické poškození své struktury. Udrží i rozlámané křemíkové mikročástice pohromadě, čímž zachová jejich funkčnost. V tomto případě využili polymeru, který má ve své struktuře zabudované skupiny C=O a -NH-. Vznikající vodíkové vazby mezi kyslíkovými a vodíkovými atomy opraví poškozená místa. Postup zacelování můžeme vidět na obrázku, který byl pořízen rastrovacím elektronovým mikroskopem (obr. Nature Nanotechnology, Volume: 9, Pages:631–638, 2014, doi:10.1038/nnano.2014.130). Mezi pořízením obou snímků uplynulo pět hodin.

 

Nobelovy ceny 2014 - ekonomické vědy

13.10.2014

Nobelovu cenu v ekonomických vědách pro rok 2014 získal Jean Tirole (nar.1953, Université Toulouse 1 Capitole) za svou analýzu tržních sil a regulace.

 

Osvícená slinivka

12.10.2014
trans (vlevo) a cis (vpravo nahoře) struktura JB-253, vpravo dole struktura derivátů sulfonylmočoviny

Lék, který aktivujete tím, že si na něj posvítíte, připravil mezinárodní chemický tým pod vedením Davida Hodsona, prof.Guye Ruttera (oba Imperial College London), prof.Dirka Traunera a Johannese Broichhagena (oba z Ludwig-Maximilians-Universität München). Deriváty sulfonylmočoviny jsou běžně užívané přípravky proti diabetu 2. V buňkách slinivky uzavírají kanály pro draselné kationy KATP v jejích membránách. Tím dojde k depolarizaci, otevřou se kanály pro vápenaté ionty, čímž se spustí proces vedoucí až k sekreci inzulínu. Při perorálním podávání těchto přípravků lze jen obtížně regulovat jejich působení, takže může dojít až k nadměrné sekreci inzulínu a hypoglykemii. Molekula nového léku, zvaná JB253, jejíž strukturu a fungování vidíme na obrázku, v sobě zahrnuje jak sulfonylmočovinu, tak azoskupinu -N=N-, která mění svůj tvar vlivem absorpce světla. Modrá šipka znázorňuje změny struktury vyvolané modrým světlem. Ve své cis konfiguraci JB253 blokuje kanál KATP, v trans konfiguraci je výrazně méně aktivní. Chemicky jde o (E)-N-(cyklohexylkarbamoyl)-4-((4(diethylamino)fenyl)diazenyl)benzensulfonamid. Naše tkáně sice vypadají neprůhledně, ale trochu světla jimi přece jen prochází. Postačí tedy na vhodném místě na kůži rozsvítit dostatečně intenzivní zdroj, např. modrou LED diodu, a do slinivky pronikne dostatek světla, aby aktivovalo lék. Experimenty zatím probíhají v tkáňové kultuře a na laboratorních myších.

 

Nanonugetky

11.10.2014
Latrobova zlatá nugeta o váze 717 g, foto Natural History Museum CC BY-SA 3.0

Metodu pro pěstování zlatých nanočástic prakticky libovolných tvarů vyvinuli společně vědci z Harvard University a MIT pod vedením Peng Yina (HU) a Marka Batheho (MIT). Nejprve zhotovili formičku z molekul deoxyribonukleové kyseliny. Díky tomu, že jednotlivé její molekuly se dobře navzájem spojují, je možné z nich vytvářet různé tvary. Připravili tedy makromolekulu s dutinkou žádaného tvaru uvnitř. Během syntézy do ní museli ještě vpravit malinké zlaté nukleační jadérko libovolného tvaru. Za přítomnosti zlatitých iontů Au3+ v okolním roztoku jadérko pomalu narůstá až vyplní celou dutinku. Jde o stejný mechanismus, kterým vznikají těžitelné zlaté nugety v přírodních vodních tocích. Přírodní zlatou nugetu si můžeme prohlédnout na obrázku (foto Natural History Museum CC BY-SA 3.0). Jde o Latrobovu nugetu o váze 717 g. Nalezena byla roku 1853 v Austrálii. K vidění je v londýnském Natural History Museum.

 

Nové motory

10.10.2014
prototyp elektromotoru s vinutím z vláken z uhlíkových nanotrubic, foto Lappeenrantská technologická univerzita

Elektroinženýři z finské Lappeenrantské technologické univerzity v městě Lappeenranta pod vedením prof. Juhy Pyrhönena sestrojili první elektromotor, jehož vinutí je z vláken z uhlíkových nanotrubic. Při účinnosti 70% a 15.000 otáčkách za minutu dosahuje výkonu 40 W. Použitá vlákna váží polovinu oproti standardním měděným a výrazně méně se zahřívají. Očekává se, že u vláken z uhlíkových nanotrubic se podaří dosáhnout dvojnásobné vodivosti oproti mědi. Můžeme si je spolu s fungujícím motorkem prohlédnout na tomto videu.

Jinou cestou se vydal Dan Ludois z University of Wisconsine v Madisonu. Se svými kolegy sestrojil elektromotor hnaný elektrickými poli. Současné elektromotory roztáčí pole magnetické, které je vytvářeno elektrickým proudem. S magnetickými poli se lépe pracuje než s poli elektrickými, proto technika kráčela touto cestou, byť samotný koncept elektrostatického motoru je starý přes dvě stě let. Teprve současná technologie dovoluje dotáhnout myšlenku do konce, čemuž se věnuje společnost C-Motive Technologies, start-up založený Ludoisem za tímto účelem.

 

Nobelovy ceny 2014 - chemie

8.10.2014

Nobelovu cenu za chemii pro rok 2014 získali rovným dílem Eric Betzig (nar.1960) z Howard Hughes Medical Institute, Stefan W. Hell (nar.1962) z Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie v Göttingen a William E. Moerner (nar. 1963) ze Stanford University za vývoj fluorescenční mikroskopie s vysokým rozlišením.

 

Z komínu do země

9.10.2014
rozestavěný blok elektrárny Boundary Dam, foto SaskPower

Provinciální energetická společnost SaskPower kanadské provincie Saskatchewan otevřela 3.října t.r. rekonstruovaný blok elektrárny Boundary Dam o výkonu 110 MW. Zařízení se nachází na jihu provincie poblíž města Estevanu. 90% oxidu uhličitého, který v něm vzniká při spalování uhlí, se zachytává a ukládá v zemi. S jeho pomocí se na povrch vytlačuje ropa. Pro jeho zachycení se využívá reakce s aminy. Byť nevzbuzuje přílišné nadšení environmentalistů, jde bezpochyby o zajímavý projekt. Podobná elektrárna se buduje v Kemperu v Mississippi. Její podstatně vyšší výkon, který bude činit 565 MW, umožní použít účinnější technologii zplynování uhlí. Působením vody za tepla z uhlí vzniká směs hořlavých plynů methanu, vodíku a oxidu uhelnatého.

 

Nobelovy ceny 2014 - chemie

8.10.2014

Nobelovu cenu za chemii pro rok 2014 získali rovným dílem Eric Betzig (nar.1960) z Howard Hughes Medical Institute, Stefan W. Hell (nar.1962) z Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie v Göttingen a William E. Moerner (nar. 1963) ze Stanford University za vývoj fluorescenční mikroskopie s vysokým rozlišením.

 

Protirakovinný nanočaj

8.10.2014
struktura epigalokatechingallátu

Není pochyb o tom, že popíjení zeleného čaje je zdraví prospěšné, a to zejména díky antioxidantu epigalokatechingallátu (viz obr.). Jde o ester kyseliny gallové a epigalokatechinu. Vědci ze singapurského Institute of Bioengineering and Nanotechnology pod vedením prof. Jackie Y. Yinga ho využili k přípravě nanočástic s protirakovinným účinkem. Vnitřek tvoří směs bílkoviny herceptinu, která je účinná proti rakovině prsu, se stabilizujícím oligomerem (krátký polymer) epigalokatechingallátu. Aby imunitní systém nanočástice nezlikvidoval dříve, než dorazí na místo určení, kryje je vrstva z polyethylenglykolu a epigalokatechingallátu. Průměr nanočástic nepřesáhne 100 nm. První pokusy na zvířatech vypadají nadějně.

 

Nobelovy ceny 2014 - fyzika

7.10.2014

Nobelovu cenu za fyziku pro rok 2014 obdrželi rovným dílem Isamu Akasaki (nar.1929) a Hiroshi Amano (nar.1960) z Nagoyské univerzity spolu s Shujim Nakamurou (nar.1954) z University of California v Santa Barbaře za vynález diod LED vyzařujících modré světlo, což umožnilo konstrukci jasných a úsporných zdrojů bílého světla.

 

Nobelovy ceny 2014 - fyziologie a lékařství

6.10.2014

Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství pro rok 2014 obdrželi z jedné poloviny John O´Keefe (nar.1939, University College v Londýně), z druhé poloviny společně manželé May-Britt Moser (nar.1963) a Edvard I. Moser (nar.1962) za objev buněk, které tvoří poziční systém mozku. Oba působí na Norské vědecko-technologické univerzitě (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet) v Trondheimu.

 

První porod z transplantované dělohy

6.10.2014

V sobotu 4.října se ve fakultní nemocnici Göteborgské univerzity narodil zdravý chlapec. Nebylo by to až tak nic zvláštního, kdyby ho neporodila matka s transplantovanou dělohou. Nyní 36letá žena se narodila bez dělohy, avšak s plně funkčními vaječníky, což se přihodí asi jednomu děvčátku z 4.500. Lékaři ji během desetihodinové operace transplantovali dělohu od 61leté rodinné přítelkyně sedm let po menopauze. Po ročním čekáním proběhlo úspěšně umělé oplodnění. K porodu došlo císařským řezem po 31 týdnech, což je o devět týdnů dříve oproti normální délce těhotenství. Odpovídá tomu i nižší porodní váha novorozence, která činí 1,775 kg. Jde o první úspěšný porod z transplantované dělohy.

 

Nabíjení akumulátoru Sluncem

5.10.2014

Akumulátor založený na elektrochemické oxidaci lithia vzdušným kyslíkem je velmi nadějný elektrochemický článek. Hustota energie v něm teoreticky uložená je srovnatelná s uhlovodíkovými palivy. Velký problém představuje špatně vodivý peroxid lithný Li2O2, který zvyšuje napětí nutné k nabití článku a tím snižuje jeho účinnost. Se zajímavým řešením přišli Mingzhe Yu, Xiaodi Ren, Lu Ma a Yiying Wu z Ohio State University. K usnadnění nabíjení využívají sluneční záření, které na elektrodě z oxidu titaničitého napomáhá ke vzniku trijodidového aniontu I3-. Ten oxiduje peroxidový anion O2-, čímž dodá část energie nutnou k nabití. Jde o zajímavý nápad, který propojuje fotovoltaický článek přímo s akumulátorem.

 

Časný projev rakoviny pankreatu

3.10.2014
Seshora dolů struktura leucinu, isoleucinu a valinu

U lidí ohrožených rakovinou slinivky břišní roste v krvi množství rozvětvených aminokyselin, a to až několik let před vypuknutím choroby. Zjistili to Doc.Matthew Vander Heiden z MIT a Brian Wolpin z bostonského Dana–Farber Cancer Institute se svými kolegy při dlouhodobé studii, která zahrnovala 1.500 osob. Sledovali při ní 100 nejrůznější sloučenin v krvi. Rozvětvené aminokyseliny leucin, isoleucin a valin (viz obr.) jsou ty, jejichž strukturu nelze popsat jako lineární řetězec, nýbrž jako rozvětvený. Neobvykle vysoká koncentraci jinak v těle běžných aminokyselin nejspíš není způsobena propukající chorobou, na to se objevuje příliš brzy. Souvisí zřejmě s nějakou vrozenou dispozicí, která vede ke vzniku rakoviny pankreatu.

 

Ochránce korálů

2.10.2014
Korály napadené nemocí, zvanou bílé neštovice. Obr. Dr. A. Bruckner, NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration).

Na mořské korály číhá nebezpečí na všech stranách. Ohrožují je choroby, požírají hvězdice a sumýši, neprospívá jim rostoucí teplota a kyselost oceánů. Jak zjistil Seabird McKeon z floridské Smithsonian Marine Station a Jenna Moore z Florida Museum of Natural History, před těmi, kdo by si na nich chtěli smlsnout, je svým agresivním chováním chrání krabi rodu Trapezia. Nejlepšími ochránci jsou malí krabi, protože napadají i korály požírající plže, velcí jedinci je ignorují. Jak experimentálně ověřili zmínění experti, v oblasti, ze které krabi odstranili, sežraly hvězdice korály prakticky přes noc.

Korály nakažené od lidí 2.1.2012

Nemoci mořských korálů 15.4.2003

Ze života mořských korálů 31.5.2002

 

Bakterie produkující lepidlo

1.10.2014

připravil genovou manipulací Chao Zhong ze Šanghajské technické univerzity spolu s prof. Collinem Stultzem a dalšími bývalými kolegy z MIT. Upravil genom bakterie Escherichia Coli, takže kromě svého vlastního vláknitého proteinu, který slouží k tvorbě bakteriálních filmů, produkuje i další bílkoviny, jimiž se mlži přichycují k podkladu. Výsledkem je výtečné lepidlo tuhnoucí i pod vodou.

 

Poslední příspěvky