Grafen zpevní beton

27.4.2018
Zdroj:
Dimitar Dimov et al., Ultrahigh Performance Nanoengineered Graphene–Concrete Composites for Multifunctional Applications, Advanced Functional Materials, https://doi.org/10.1002/adfm.201705183 - L.Dong et al., A non-dispersion strategy for large-scale production of ultra-high concentration graphene slurries in water, Nature Communications,volume 9, Article number: 76 (2018), doi:10.1038/s41467-017-02580-3
Zdroj
Chemická struktura grafenu.

Grafen jak plnivo cementového betonu nikdo nečekal. Grafen, rovinná vrstva z atomů uhlíku navzájem provázaných a do šestiúhelníků uspořádaných, vykazuje zajímavé elektrické a optické vlastnosti. Pracuje se na jeho využití v elektronice, při konstrukci fotovoltaických článků, akumulátorů nebo superkapacitorů. Grafen se vyznačuje i vysokou pevností, což zřejmě byla příčina testování jako přídavku do betonu. Pevnost v tlaku (angl. compressive strength) narostla o 146%, pevnost v ohybu (flexural strenght) o 79,5%. Výrazně poklesla propustnost pro vodu.

Cementový beton je kompozitní materiál, složený z cementu jako pojiva a kameniva (např. písek nebo jemný štěrk) jako plniva. Je-li dalším kompozitem grafen, stejnou nosnost bude mít konstrukce o poloviční hmotnosti. Snížení spotřeby cementu může mít velmi pozitivní dopad na životní prostředí. Zhruba 10% oxidu uhličitého, jež vypouštíme do ovzduší, pochází z energeticky náročné výroby cementu. Vyrábí se ve speciální cementářské peci pálením směsi vápence a vhodného jílu při teplotě 1450 oC. Oxid uhličitý při tom vzniká jednak hořením paliv nutných pro ohřev na tak vysokou teplotu, jednak rozkladem uhličitanu vápenatého na oxid vápenatý podle této rovnice CaCO3 ----> CaO + CO2. Přídavek grafenu sníží celkové emise oxidu uhličitého z výrobu cementu o 446 kg uhlíku na tunu cementu.

Grafenová emluze na snímku rastrovacího elektronového mikroskopu. Délka úsečky je 20 mikrometrů. Schematické znázornění struktury v pravém spodním rohu (L.Dong et al., A non-dispersion strategy for large-scale production of ultra-high concentration graphene slurries in water, Nature Communications,volume 9, Article number: 76 (2018), doi:10.1038/s41467-017-02580-3).Přidávání grafenu po lopatách do betonu vyžaduje podstatně zvýšit výrobu, která doposud musela pokrýt jen nevelká množství pro experimentální účelu. Metodu, která potřebuje 50 krát méně rozpouštědla než dosavadní postupy, vyvinuli experti z University of Singapore. Grafit v koncentrovaném roztoku hydroxidu sodného za přítomnosti emulgátoru odstřeďovali při rychlosti rotace 20.000 otáček za minutu po dobu jedné hodiny. Vzniklou hustou grafitovou emulzi ve vodě uvidíme na tomto videu (obr. i video L.Dong et al., A non-dispersion strategy for large-scale production of ultra-high concentration graphene slurries in water, Nature Communications,volume 9, Article number: 76 (2018), doi:10.1038/s41467-017-02580-3). Jedna ze spoluautorek výzkumu, prof. Monica Craciun z University of Exeter, komentuje výsledky výzkumu: „Nepředstavitelný rozsah odhalených možností a vlastností představuje důležitý krok v celosvětové podpoře k prostředí šetrnějšího a trvale udržitelného stavební průmyslu.“

 

Kvantové kejkle

26.4.2018
Zdroj:
C. F. Ockeloen-Korppi et al., Stabilized entanglement of massive mechanical oscillators, Nature, volume 556, pages 478–482 (2018), doi:10.1038/s41586-018-0038-x
Zdroj

Jaderní fyzici poprvé uspěli při kvantovém provázání dvou makroskopických objektů, čímž významně pokročilo při zkoumání tohoto pozoruhodného jevu. Kvantovým provázáním (angl.quantum entanglement) rozumíme stav, kdy stavy jednotlivých podsystémů tvořících větší systém jsou vzájemně neoddělitelné. Máme-li kvantově provázané dvě elementární částice, např. elektrony, ať jsou od sebe jakkoli daleko, změna jedné částice (např. změna spinu) vyvolá odpovídající změnu u druhé částice, aby celkový stav systému zůstal beze změny. Zatím nejdelší vzdálenost, na kterou se podařilo dosáhnout kvantového provázání, je 1.200 km u páru infračervených fotonů.

Pokusy s kvantovým provázáním proběhly úspěšně u fotonů, elektronů, iontů, qubitů (kvantový bit) i mechanického pohybu za pomoci mikrovln. S makroskopickým objektem atomů uspěli fyzici až nyní. Kvantově provázali za teploty 0,15 K kmity dvou hliníkových membrán připravených na křemíkovém podkladu. Obě membrány jsou miniaturní. Tvoří je 1012 atomů, což není příliš mnoho. Jejich průměr je srovnatelný s průměrem lidského vlasu, takže pouhým okem je rozeznáme jen tak tak. Nicméně z kvantového hlediska jde o makroskopický objekt.

„Nejobtížnější bylo porozumět naměřeným datům. Experimentovali jsme dva roky, avšak publikovali až nyní. Vývoj vhodného teoretického modelu byl velmi náročný. Z naměřených dat jsme zpočátku nerozeznali, zdali jsme dosáhli provázanosti nebo ne. Byl to velký okamžik, když se ukázalo, že naměřená data odpovídají novému modelu.,“ hodnotí prof.Mika Sillanpää z finské Aalto University práci svého týmu.

 

Antikoncepce pro muže

25.4.2018
Zdroj:
O’Rand MG, Hamil KG, Adevai T, Zelinski M (2018) Inhibition of sperm motility in male macaques with EP055, a potential non-hormonal male contraceptive. PLoS ONE 13(4): e0195953. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0195953
Zdroj
Chemická struktura sloučeniny EP055.

Sloučenina označená jako EP055, jejíž chemickou strukturu vidíme na obrázku, by mohla fungovat jako nehormonální antikoncepce pro muže. Váže se na bílkovinu EPPIN na povrchu spermii, čímž značně snižuje jejich pohyblivost. Vedoucí výzkumného týmu prof. Michael O'Rand z lékařské fakulty University of North Carolina at Chapel Hill vysvětluje: „Jednoduše řečeno, sloučenina zabrání spermiím plavat, čímž podstatně snižuje jejich schopnost oplodnit. EP055 je ideální kandidát pro nehormonální mužskou antikoncepci.“

Přes nejrůznější pokusy např. i s ultrazvukem v současnosti existují jen dvě možnosti mužské antikoncepce - kondom nebo vasektomie (chirurgické přerušení chámovodů). Probíhají sice klinické testy hormonálních přípravků, které zabraňují produkci spermií, jejich využití zatím zabraňují přílišné vedlejší účinky.

Makak rhesus  (Macaca mulatta) v severoindické Agře na fotografii  Thomase Schocha (CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons). Experimenty zatím proběhly jen se samci makaka rhesa (Macaca mulatta). Vidíme ho na obrázku Thomase Schocha (CC BY-SA 3.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0, via Wikimedia Commons) v severoindické Ágře. Po podání přípravku poklesla pohyblivost spermii do šesti hodin na 20%. K původní hodnotě se přibližila po 78 hodinách, přičemž k úplnému zotavení došlo po 18 dnech. Značnou překážkou je nutnost pomocí injekceintravenózního? podávání, což by mohl být řešitelný problém.

 

Laser ohřeje jedinou vazbu

24.4.2018
Zdroj:
T.Stensitzki et al., Acceleration of a ground-state reaction by selective femtosecond-infrared-laser-pulse excitation, Nature Chemistry, Published Online 1 Janury 2018, DOI: 10.1038/NCHEM.2909.
Zdroj
Laserem katalyzována reakce cyklohexanolu s fenylizokyanátem.

Chemickou reakci lze urychlit selektivní excitací jediné vhodné chemické vazby infračerveným laserem. Konkrétně vazba O-H v molekuly cyklohexanolu se silně rozkmitá po absorpci fotonu vlnové délky 2,86 mirkometru. Za přítomnosti fenylizokyanátu dojde k rozštěpení vazby a spojení obou molekul, jak vidíme na obrázku. Jako zdroj fotonů poslouží femtosekundový záblesk infračerveného laseru. Reakční rychlost naroste o 24%, takže infračervené fotony slouží jako katalyzátor. Na reakci můžeme rovněž pohlížet jako na velmi selektivní ohřívání jediné chemické vazby. Mnohem jednodušší běžný ohřev celé směsi by mohl vést k dalším bočním reakcím, což by znečistilo produkt.

 

Slezina dodává kyslík

23.4.2018
Zdroj:
M.A.Ilardo et al., Physiological and Genetic Adaptations to Diving in Sea Nomads, Cell, Volume 173, Issue 3, p569–580.e15, 19 April 2018, https://doi.org/10.1016/j.cell.2018.03.054
Zdroj
Bajauský potápěč, foto Melissa A.Ilardo.

Geneticky podmíněná zvětšená slezina je typická pro příslušníky národnosti Bajau z jihovýchodní Asie. Již přes 1.000 let pobývají na svých obytných člunech v pobřežních vodách Malajského souostroví. Důležitou součást jejich potravy představují ryby a mořští živočichové. Loví je v hloubce až 70 m a vydrží pod vodou 13 minut bez dýchacího přístroje, jen na pořádné nadechnutí. Pomáhá jim v tom slezina, která je o polovinu větší než u ostatní populace. Slouží jako zásobárna okysličených červených krvinek. Větší slezinu mají všichni příslušníci národa Bajau, i ti, co se nepotápějí. Nejde proto o individuálně tréninkem získanou adaptaci, ale o dědičné evoluční přizpůsobení. Růst sleziny způsobuje vyšší hladina hormonu štítné žlázy T4, za níž odpovídá gen PDE10A.

 

Chřestýší jed zachraňuje

22.4.2018
Zdroj:
Clara Pérez-Peinado et al., Mechanisms of bacterial membrane permeabilization by crotalicidin (Ctn) and its fragment Ctn(15–34), antimicrobial peptides from rattlesnake venom, The Journal of Biological Chemistry 293, 1536-1549, doi: 10.1074/jbc.RA117.000125
Zdroj
Detail hlavy chřestýše brazilského (Wikimedia Commons).

Jed chřestýše brazilského (Crotalus durissus, angl. South American rattlesnake) obsahuje bílkovinu anglicky zvanou Crotalicidin, zkráceně Ctn, která vykazuje baktericidní, fungicidní a protinádorové účinky. Důležité je, že bakterie hubí i pouhý zlomek molekuly Ctn, označovaný Ctn(15–34). Vůči naši buňkám je podstatně méně toxický než úplná molekula, takže by se mohl stát základem nového antibiotika. Jak Ctn, tak Ctn(15-34) depolarizují membrány bakteriálních buněk. Do buněk proniká Ctn(15-34) rychleji, přičemž ničí lipidy, které membránu tvoří. Větší Ctn je pomalejší, avšak jeho baktericidní působení je rozmanitější. Detail hlavy chřestýše brazilského vidíme na obrázku (Wikimedia Commons).

 

Zkamenělina napotřetí určená

20.4.2018
Zdroj:
Allison W. Bronson a John G. Maisey, Resolving the identity of Platylithophycus, an enigmatic fossil from the Niobrara Chalk (Upper Cretaceous, Coniacian–Campanian), Journal of Paleontology, https://doi.org/10.1017/jpa.2018.14
Zdroj
Fotografie zkameněliny Platylithophycus creatacenous, foto Mike Eklund. Bílá úsečka je 5 cm dlouhá.

Během uplynulých sedmdesáti let paleontologové dvakrát chybovali při určení identity jedné fosilie nalezené v křídových vrstvách souvrství (angl.formation) Niobrara Chalk v Kansasu. Zkamenělinu Platylithophycus creatacenous (viz obr., foto Mike Eklund) nejprve pokládali díky povrchové struktuře za zvápenatělou kolonii zelených řas(angl. green algae). Později ji prohlásili za hlavonožce (angl. cephalopod). Nakonec díky stále lepším technikám výzkumu zkamenělin rozpoznali, že jde o část paryby z podtřídy příčnoústých (Elasmobranchii, angl. elasmobranch), mezi které patří současní žraloci a rejnoci. Doufejme, že jde o stanovisko konečné.

 

Kofein katalyzuje

19.4.2018
Zdroj:
Angela M.DiCiccio et al., Caffeine-catalyzed gels, Biomaterials, Volume 170, July 2018, Pages 127-135
Zdroj
Chemická struktura kofeinu.

Kofein (angl.caffeine), jehož chemickou strukturu vidíme na obrázku, má vynikající schopnost nás nakopnout. Jde o nejrozšířenější stimulans na světě. Nejvíce ho pochází z kávových bobů a listů čajovníků. Chemici z MIT zjistili, že kromě naší centrální nervové soustavy dokáže nakopnout také chemickou reakci. Funguje jako katalyzátor polymerace kyseliny citronové s poly(ethylenglykol) diglycidyletherem nebo poly(propylenglykol) diglycidyletherem. Vznikne biokompatibilní měkký gel, který může sloužit pro podávání léčiv.

Polymerace kyseliny citronové s poly(ethylenglykol) diglycidyletherem nebo poly(propylenglykol) diglycidyletheremProbíhá-li polymerace za přítomnosti aktivní látky, zůstane zachycena ve vzniklém polymeru. Po vpravení do organismu se gel pomalu rozkládá a léčivo uvolňuje. Význam kofeinu jako katalyzátoru objasňuje Robert Lander z MIT: „Většina syntéz zesíťovaných (cross-linking) gelů využívá katalyzátory nebo probíhá za podmínek, které mohou poškodit molekuly biologicky aktivních látek. Oproti tomu my využíváme zelenou chemii a běžnou součást potravy.“ Průběh polymerace vidíme na obrázku. Kofein jako slabá báze reakci zahajuje otevření glycidylových cyklů. Stačí ohřívat na 70 až 90 oC po dobu 24 hodin a je uvařeno.

 

Atom a atom

18.4.2018
Zdroj:
L.R,Liu, Building one molecule from a reservoir of two atoms, Science 12 Apr 2018: eaar7797, DOI: 10.1126/science.aar7797
Zdroj
Popisek k animaci  průběh miniaturní chemické reakce atomů sodíku a cesia.

Pomocí laserových svazků manipulovali pouhými dvěma atomy vědci z Harvard University. Uchopili jeden atom sodíku a jeden atom cesia a přiblížili je k sobě natolik, až vznikla molekula NaCs. Technika manipulace pomocí laserových svazků (angl. optical tweezers nebo učeně single-beam gradient force trap) je založena na silně zaostřeném laserovém paprsku, který působí přitažlivými a odpudivými silami na dielektrické objekty mikrometrových a menších rozměrů, které se v něm nacházejí. Můžeme s nimi pohybovat, jako bychom je uchopili do pinzety (angl.tweezer).

Na animaci uvidíme schematický průběh miniaturní chemické reakce dvou atomů. Atom sodíku je žlutý, cesia modrofialový. Zelené jsou laserové paprsky, kde zúžení představuje místo fokusace (zaostření). Po vypnutí laseru molekula NaCs volně pohybuje.

 

Laser zažehl nanofúzi

17.4.2018
Zdroj:
A.Curtis et al., Micro-scale fusion in dense relativistic nanowire array plasmas, Nature Communications, volume 9, Article number: 1077 (2018) doi:10.1038/s41467-018-03445-z
Zdroj
Nanoválečky z deuterovaného polyethylenu pro laserovou jadernou fúzi o průměru 200 nm a výšce 5 mikrometrů na snímku rastrovací elektronového mikroskopu (A.Curtis et al., Micro-scale fusion in dense relativistic nanowire array plasmas, Nature Communications, volume 9, Article number: 1077 (2018) doi:10.1038/s41467-018-03445-z).

Dostatečně silný laserový puls dodá dostatek energie k tomu, aby vyvolal fúzi lehkých atomových jader. Přes veškeré pokusy, které probíhají v americké National Ignition Facility, se zatím tímto způsobem vyvolat samoudržitelnou fúzní reakci, který by dodávala více energie než spotřebuje, nepodařilo. Americko-německý tým fyziků spustil fúzi v malém, na poli z nepatrných válečků z plně deuterovaného polyethylenu (CD2)n o průměru 200 nebo 400 nm a výšce 5 mikrometrů. Na obrázku je vidíme na snímku rastrovací elektronového mikroskopu (A.Curtis et al., Micro-scale fusion in dense relativistic nanowire array plasmas, Nature Communications, volume 9, Article number: 1077 (2018) doi:10.1038/s41467-018-03445-z).

Sloučení dvou jader těžkého vodíku (deuteria) na jádro izotopu helia 3 za uvolnění neutronu. Neutrony jsou modré, protony červené.Slučování dvou jader těžkého vodíku na helium 3 (viz obr.) v malém úspěšně zažehli laserovými pulsy o délce 60 femtosekund při vlnové délce 400 nm (fialová barva)a intenzitě 8 × 1019Wcm-2. K získávání energie nás tento experiment nepřiblížil. Nicméně může přispět ke konstrukci malého, kompaktního zdroje neutronů. Dosavadní zařízení jsou těžká a rozměrná, takže něco menšího by uplatnění určitě našlo, např. při neutronovém zobrazování.

Reaktor pro laserovou fúzní reakci (foto Advanced Beam Laboratory/Colorado State University).Nanostrukturovaný deuterovaný polyethylen vyprodukuje na jeden Joule absorbovaného záření 2 miliony neutronů, což je 500 krát více, než lze dosáhnout na hladkém povrchu. Jorge J. Rocca z Colorado State University ve Fort Collins komentuje výzkum svého týmu: „Umíme zažehnout fúzi v mikroměřítku a vyrobit s velkou účinností mnoho neutronů.“ Na obrázku vidíme, jak vypadá reaktor pro laserovou fúzní reakci (foto Advanced Beam Laboratory/Colorado State University).

Bimbác 24.4.2018: Nemá helium náhodou dva neutrony a dva protony?

Jiří Rybenský 25.5.2018: Nikoli. Dva protony a dva neutrony má helium pravidelně. Jen "náhodou" to má jinak (2+1).

Bobeš 25.5.2018: Helium 4 má opravdu v jádře 2 protony, 2 neutrony a dva elektrony v obalu. V článku se píše o izotopu Helia 3.

 

Cinknutou hrací kostku

16.4.2018
Zdroj:
https://niku.no/en/2018/03/uvanlig-terning-middelalderen-funnet-bergen/
Zdroj
Dřevěná středověká hrací kostka pro falešnou hru, foto Angela Weigand, Universität von Bergen.

nalezli archeologové při vykopávkách středověkého Bergenu v Norsku. V lokalitě, kde se v 15.století rozkládá rušná čtvrť s několika hostinci, nalezli přes 30 hracích kostek. U jediné z nich chybí jednička a dvojka, zato má čtyřky a pětky na dvou plochách (viz obr., foto Angela Weigand, Universität von Bergen). Nelze vyloučit, že šlo o speciální kostku určenou pro nám neznámou hru. Mnohem pravděpodobnější je, že tehdejší podvodník chtěl pomoci svému štěstí. Na první pohled se zdá, že šlo o velmi průhledný trik, na který snad nikdo nemohl skočit. Nicméně musíme vzít v úvahu, že středověké místnosti byly mnohem tmavší než dnešní. Cinknutá dřevěná hrací kostka o rozměrech 2,1 x 2,1 x 2,2 cm váží 16,7 g.

 

Kolibřík podvádí

15.4.2018
Zdroj:
Christopher J. Clark, Emily A. Mistick, Strategic Acoustic Control of a Hummingbird Courtship Dive, Current Biology, DOI: https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.03.021
Zdroj
Kalypta kalifornská dorůstá nanejvýš 9 cm délky, foto San Diego Zoo (PD Photo.org), Public domain, via Wikimedia Commons.

Samečci kolibříka lákají samičky rychlostí letových manévrů. Doprovázejí se při tom hrou na svá roztažená ocasní pera, jež rozechvívá proudící vzduch. Samečci kolibříka kalypty kalifornské (Calypte costae, angl. Costa’s hummingbird) dovedně pohybem vůči samičce a nastavováním ocasních per maskují Změna frekvence vlnění způsobená pohybem zdroje.Dopplerův jev?, který obsahuje přesnou informaci o rychlosti letu. Nemusí s vypětím sil létat rychleji, protože samičky to nepoznají. „Když jsem si uvědomil, že pro nás vědce je z akustického signálu nemožné určit rychlost letu, došlo mi, že ani pro samičky to nebude snadné,“ uvádí spoluautor výzkumu Cristopher J.Clark z University of California v Riverside.

Frekvence hvízdání ocasních per samečka kalypty stoupá nejdříve ze 7 na 9 kHz, aby vzápětí poklesla na 6,5. Kalyptu kalifornskou z čeledi kolibříkovitých (Trochilidae) vidíme na obrázku, foto San Diego Zoo (PD Photo.org), Public domain, via Wikimedia Commons.

 

Mikrobiologie vstupuje do soukromí

13.4.2018
Zdroj:
C.A.Kapono et al., Creating a 3D microbial and chemical snapshot of a human habitat, Scientific Reports, volume 8, Article number: 3669 (2018) doi:10.1038/s41598-018-21541-4
Zdroj
Výsledky experimentu, při kterém vědci sledovali působení čtyř pokusných osob (V1 - V4) v místnosti a analyzovali, kde zanechaly jaké stopy. Písmeno (a) označuje avobenzon ze slunečních krémů, (b) diethyltoluamid z hmyzích repelentů, (c) laurethsulfát sodný z přípravků pro osobní hygienu, (d) sfingosin, součást buněčných membrán, (e) amlodipin, součást léků proti vysokému tlaku, (f) nobiletin z citrusové kůry, (g) teofylin z čaje nebo léků proti atsmatu, (h) fungicid azoxystrobin, (i) bakterie čeledi Nocardiaceae, (j) bakterie Acinetobacter guillouiae, (k) bakterie řádu Rhizobiales, (l) sinice rodu Synechococcus, (m) bakterie řádu Actinomycetales, (n) bakterie rodu stafylokok (Staphylococcus), (o) bakterie Veillonella parvula, (p) bakterie čeledi Chitinophagacae. (C.A.Kapono et al., Creating a 3D microbial and chemical snapshot of a human habitat, Scientific Reports, volume 8, Article number: 3669 (2018) doi:10.1038/s41598-018-21541-4).

Do soukromí vstupuje nyní nejen elektronika, ale i analytická chemie a mikrobiologie. Rozsáhlý vědecký tým z University of California at San Diego studuje stopy chemikálií a mikroorganismů z pokožky, jaké zanecháváme ve svém okolí. Náš životní styl určuje, co na své kůži najdeme a můžeme přenést na předměty, se kterými přicházíme do styku. Bakterie lze přesně určit standardními postupy na základě jejich DNA, pro samotné sloučeniny poslouží chromatografie.

Na obrázku vidíme výsledky experimentu, při kterém vědci sledovali působení čtyř pokusných osob (V1 - V4) v jedné místnosti a analyzovali, kde zanechaly jaké stopy. Písmeno (a) označuje avobenzon ze slunečních krémů, (b) diethyltoluamid z hmyzích repelentů, (c) laurethsulfát sodný, povrchově aktivní látkatenzid? z přípravků pro osobní hygienu, (d) sfingosin, součást buněčných membrán, (e) amlodipin, součást léků proti vysokému tlaku, (f) nobiletin z citrusové kůry, (g) teofylin z čaje nebo léků proti atsmatu, (h) fungicid azoxystrobin, (i) bakterie čeledi Nocardiaceae, (j) bakterie Acinetobacter guillouiae, (k) bakterie řádu Rhizobiales, (l) sinice rodu Synechococcus, (m) bakterie řádu Actinomycetales, (n) bakterie rodu stafylokok (Staphylococcus), (o) bakterie Veillonella parvula, (p) bakterie čeledi Chitinophagacae (C.A.Kapono et al., Creating a 3D microbial and chemical snapshot of a human habitat, Scientific Reports, volume 8, Article number: 3669 (2018) doi:10.1038/s41598-018-21541-4).

„Existuje řada způsobů, jak vyšetřovatelé hledají odpověď na otázku: Kdo tu byl? Patří mezi ně analýza DNA, snímání otisků prst a výslech svědků. Kombinací mikrobiologických a chemických stop jsme vytvořili další metodu...“ říká člen výzkumného týmu C.A.Kapono. Z forenzního hlediska půjde o značný přínos, na druhou stranu vzniká další technologie pro špehování. Sotva můžeme očekávat, že použití nové metody zůstane trvale pouze v rukách policie. Doposud tomu nikdy tak nebylo.

 

Stanovení vlhkosti z uhlovodíků

12.4.2018
Zdroj:
Yvette L. Eley, Michael T. Hren, Reconstructing vapor pressure deficit from leaf wax lipid molecular distributions, Scientific Reports, volume 8, Article number: 3967 (2018) doi:10.1038/s41598-018-21959-w
Zdroj
Chemická struktura esteru cetylpalmitátu.

Ze stop uhlovodíků v usazeninách můžeme zrekonstruovat, jaká vlhkost panovala v příslušné lokalitě v geologické minulosti. Alkany pocházejí z voskového pokryvu povrchu rostlin, jež slouží k ochraně chrání před vysycháním i průnikem patogenů. Vosky jsou estery vyšších mastných kyselin a vyšších alkoholů s jednou -OH skupinou. Strukturu cetylpalmitátu z cetylalkoholu CH3(CH2)15OH (1-hexadekanol) a palmitové kyseliny C15H31COOH (hexadekanová kyselina), který je typickým voskem, vidíme na obrázku. Čím sušší je prostředí, ve kterém rostlina roste, tím delší jsou uhlovodíkové řetězce povrchového vosku. Vzhledem ke své chemické stabilitě uhlovodíky z vosků po odumření rostliny přetrvávají i stovky milionů let a jejich stopy můžeme najít v usazených horninách.

Stanovení vlhkosti v minulosti Země hraje klíčovou roli při pochopení fungování klimatu. Michael T.Hren, jeden z autorů výzkumů, objasňuje význam svého výzkumu: „Neznalost kvantitativních záznamů vlhkosti představoval zásadní mezeru v našich vědomostech.“ Provedení analýzy není až tak složité. Horniny je třeba důkladně vyextrahovat směsí dichlormethanu a methanolu. Po odpaření části rozpouštědel probubláváním dusíkem lze délku uhlovodíků stanovit chromatograficky.

 

Harpuna loví smetí

11.4.2018
Zdroj:
https://www.surrey.ac.uk/news/could-net-and-harpoon-be-answer-space-junk-problem-removedebris-launched-april-2
Zdroj
Rozložení úlomků starých družic a raket v okolí Země (NASA image, NASA Orbital Debris Program Office, photo gallery, Public domain, via Wikimedia Commons).

Již několik dní nad našimi hlavami přelétává kosmická harpuna určená k lovu trosek družic. Na oběžnou dráhu ji 2.dubna jako součást družice RemoveDEBRIS vynesla raketa Falcon 9 soukromé společnosti Space Exploration Technologies Corporation známé jako SpaceX. Po napojení na Mezinárodní kosmickou stanici ISS dojde v rámci programu RemoveDEBRIS ke třem testům. Jeden z nich je vypálení harpuny na cvičný cíl a jeho přitažení lanem, druhý spočívá v chycení cvičného cíle do sítě a třetí otestuje navigaci k zaměření kosmického smetí pomocí kamer a LIDARu (laserového dálkoměru).

Na oběžné dráze kolem Země obíhá značkou rychlostí neuvěřitelné množství úlomků starých družic a použitých stupňů raket, které vznikly rozpadem, srážkami nebo erozí původních zařízení. Najdeme mezi nimi i pár omylem upuštěných nástrojů. Anglicky se toto smetí označuje jako space debris, space junk, space waste, space trash, space litter nebo space garbage. Podle údajů z roku 2013 kolem nás obíhá 170 milionů úlomků menších než 1 cm, 670.000 o rozměrech 1 - 10 cm a 29.000 větších. Jejich rozložení vidíme na obrázku. Nejvíce jich je na tzv. nízké oběžné dráze (180 - 2.000 km nad povrchem) a na geostacionární dráze (NASA image, NASA Orbital Debris Program Office, photo gallery, Public domain, via Wikimedia Commons).

Prof. Guglielmo Aglietti, ředitel Surrey Space Centre na University of Surrey, která projekt koordinuje, zdůrazňuje, že „je důležité si uvědomit, že k několik větším srážkám již došlo. Z důvodu zachování bezpečnosti i do budoucna je třeba se zabývat otázkou kontroly a snižování množství kosmického odpadu.“ Katastrofa způsobená srážkou s kosmickým smetím byla námětem scifi filmu Gravitace se Sandrou Bullock a Georgem Clooneym.

 

Akumulátor funguje na vzduch

10.4.2018
Zdroj:
M.Asadi et al., A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere, Nature, volume 555, pages 502–506 (22 March 2018), doi:10.1038/nature25984
Zdroj
Schéma vylepšeného elektrochemického článku lithium - kyslík při vybíjení vidíme nahoře na obrázku. Při nabíjení prostě všechny šipky otočíme.  Skutečný vzhled je v dolní části (foto Amin Salehi-Khojin, University of Illinois at Chicago).

Výrazně lehčí akumulátory by bylo možné zkonstruovat na základě elektrochemické reakce, které by se účastnil kyslík z atmosféry. Přes veškeré pokusy se takové zdroje proudu zatím příliš nerozšířily. Využití jinak v oblasti elektrochemických zdrojů proudu velmi rozšířeného lithia brání jeho reaktivita. Kromě kyslíku reaguje s vodní parou, oxidem uhličitým i dusíkem, jež v atmosféře rovněž nacházíme v nezanedbatelném množství. Dosavadní pokusy o sestrojení článku lithium - kyslík fungovaly dobře pouze v čistém kyslíku, nikoliv běžné atmosféře.

Zajímavé řešení problému představuje izolace lithiové anody vrstvou uhličitanu lithného Li2CO3, která dovoluje procházet jen lithným kationtům Li+. Na katodě ze sulfidu molybdeničitého MoS2 reagují se vzdušným kyslíkem na peroxid lithný Li2O2. Schéma vylepšeného elektrochemického článku lithium - kyslík při vybíjení vidíme nahoře na obrázku. Jako elektrolyt slouží roztok iontových kapalin v dimethylsulfoxidu.(CH3)2SO. Skutečný vzhled je v dolní části obrázku (foto Amin Salehi-Khojin, University of Illinois at Chicago).

“Úplná změna konstrukce spojená s redesignováním každé součásti umožnila, aby probíhaly žádoucí reakce a potlačila nechtěné, které nakonec akumulátor zničí,“ vysvětluje Amin Salehi-Khojin z University of Illinois at Chicago, šéf výzkumného týmu.

Franta Flinta 18.4.2018: Na obrázku je zřetelně vidět, že akumulátor nepracuje na vzduch, ale přivádějí mu plyn hadičkou z bomby.

19.4.2018: Na obrázku vidíme pokusný akumulátor. I když chceme, aby pracoval na vzduchu, musíme při jeho vývoji studovat, jak se chová při přesně definovaném složení plynné směsi, se kterou pracuje, a to včetně vlhkosti. To při práci se vzduchem zaručit nemůžeme. Navíc je šikovné podívat se, jak funguje při trochu jiném složení plynné směs než má vzduch.

 

Chytré okno

9.4.2018
Zdroj:
Daniel Wolfe a K. W. Goossen, Evaluation of 3D printed optofluidic smart glass prototypes, Optics Express, Vol. 26, Issue 2,, pp. A85-A98 (2018), https://doi.org/10.1364/OE.26.000A85
Zdroj
Průřez novým oknem vidíme vlevo nahoře. Dole průhled skrz testovací okénko při prázdné nádrži (vlevo), naplněné vodou (uprostřed) a vpravo naplněné methylsalicylátem (Daniel Wolfe a K. W. Goossen, Evaluation of 3D printed optofluidic smart glass prototypes, Optics Express, Vol. 26, Issue 2,, pp. A85-A98 (2018), https://doi.org/10.1364/OE.26.000A85). Chemickou struktur methylsalicylátu najdeme vpravo nahoře.

Novou technologii nastavení propustnosti oken pro sluneční záření vyvinuli na University of Delaware. Okno tvoří tenká nádrž, jejíž vnější povrch tvoří plastové odražeče s vysokým indexem lomu. Skrz ně dovnitř pronikne málo světla, velká část se ho odrazí a rozptýlí. Načerpáme-li do nádrže sloučeninu methylsalicylát, jejíž index lomu je srovnatelný s materiálem odražeče, okno zprůhlední. Nastavitelná průhlednost oken může přinést značné úspory při klimatizaci budovy. Průřez novým typem okna vidíme na obrázku vlevo nahoře. Dole na obrázku vidíme průhled skrz testovací okénko při prázdné nádrži (vlevo), naplněné vodou (uprostřed) a vpravo naplněné methylsalicylátem (Daniel Wolfe a K. W. Goossen, Evaluation of 3D printed optofluidic smart glass prototypes, Optics Express, Vol. 26, Issue 2,, pp. A85-A98 (2018), https://doi.org/10.1364/OE.26.000A85).

Květ libavky shallon (Gaultheria shallon), foto Wing-Chi Poon, CC BY-SA 2.5, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5, via Wikimedia Commons.Chemickou strukturu methylsalicylátu vidíme na horním obrázku vpravo nahoře. Nacházíme ho v řadě rostlinných druhů, zejména v libavce (rod Gaultheria, angl. wintergreen). Díky své nasládlé chuti slouží jako příchuť do žvýkaček. Tlumí bolesti svalů a kloubů, takže ho najdeme v různých léčivých mastech. Své uplatnění při konstrukci okna nalezl proto, že jeho index lomu jeho je výrazně vyšší než vody a srovnatelný s použitým plastem. Květ libavky shallon (Gaultheria shallon) vidíme na obrázku u tohoto odstavce (foto Wing-Chi Poon, CC BY-SA 2.5, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5, via Wikimedia Commons).

Dosavadní postupy změn transparentnosti oken fungují na základě změna barvy vlivem vloženého napětíelektrochromního jevu?, uspořádání nabitých částic v elektrickém poli nebo kapalných krystalů. Všechny tyto metody jsou složitější, protože celé okno pracuje jako elektrolyzér nebo kondenzátor se dvěma rovnoběžnými průhlednými elektrodami.

Pepakos 12.4.2018: A když udeří mrazy, nezamrzne okno?

13.4.2018: Methylsalicylát tuhne při - 9 oC, takže za velkých mrazů by se to mohlo stát. Možná by stačilo udržovat kapalinu v pohybu anebo lehce přitopit...

 

Ptáci vidí magnetické pole

8.4.2018
Zdroj:
Atticus Pinzon-Rodriguez, Staffan Bensch, Rachel Muheim, Expression patterns of cryptochrome genes in avian retina suggest involvement of Cry4 in light-dependent magnetoreception, March 2018, Volume 15, issue 140, DOI: 10.1098/rsif.2018.0058
Zdroj
Chemická struktura riboflavinu.

Ptáci zřejmě magnetické pole vnímají očima, pomocí speciálních molekul v sítnici. Biologové doposud předpokládali, že klíčové pro vnímání magnetického pole jsou nervové buňky s krystalky magnetitu. Experimenty s červenkou obecnou (Erithacus rubecula, angl. European robin) a zebřičkou pestrou (Taeniopygia guttata, angl. zebra finch) ukazují, že jako klíčový pro vnímání magnetického pole se jeví flavoprotein kryptochrom Cry4 v buňkách sítnice. Excitací modrým světlem vytváří reaktivní molekula se dvěma nepárovými elektronybiradikál?, na který působí magnetické pole. Flavoprotein je molekula bílkoviny spojená s nukleovou kyselinou navázanou na riboflavin (vitamin B2, chemická struktura viz obr.).

Nahoře červenka obecná, dole zebřička pestrá, foto po řadě Marek Szczepanek, CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, Peripitus, CC BY-SA 2.5-2.0-1.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0, oboje via  Wikimedia Commons.Červenka obecná je malý evropský pták z čeledi lejskovitých řádu pěvců. Na obrázku ji vidíme nahoře (foto Marek Szczepanek, CC-BY-SA-3.0, http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/, via Wikimedia Commons). Zebřička pestrá (obr.dole) neboli pásovník šedý žije v Austrálii. Patří do čeledi astrildovitých řádů pěvců (foto Peripitus, CC BY-SA 2.5-2.0-1.0, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5-2.0-1.0, via Wikimedia Commons). Popsaný způsob vnímání magnetického pole je vývojové velmi starý. Nacházíme ho již u mušky octomilky. Zdali ptáci skutečně vidí magnetické siločáry, nevíme. Signály do mozku přicházejí z oka, ale způsob jejich dalšího zpracování neznáme. Kromě tyčinek a čípků i my máme v oku třetí typ fotoreceptorů, které slouží k synchronizaci čtyřiadvaceti hodinového (cirkadiánního) rytmu, aniž by vyvolávaly jakýkoli zrakový vjem.

 

Jak mutují viry

6.4.2018
Zdroj:
Lounková A, Kosla J, Přikryl D, Štafl K, Kučerová D, Svoboda J.: Retroviral host range extension is coupled with Env-activating mutations resulting in receptor-independent entry. Proc Natl Acad Sci U S A. 114(26):E5148-E5157, 2017.
Zdroj
Kresba retroviru, mezi které virus Rousova sarkomu náleží. Průměr činí zhruba 100 nm. Z povrchu vyčnívají molekuly glykoproteinů.

Badatelé z Ústavu molekulární genetiky AV ČR studovali přechod viru Rousova sarkomu, který napadá kuřata a některé příbuzné ptactvo, na savčí hostitele. Zaznamenaná infekce hlodavců, konkrétně krys a křečků, je zcela ojedinělá. Průnik viru Rousova sarkomu do buňky započne vazbou obalového bílkovina s navázaným sacharidemglykoproteinu? viru na bílkovinu na povrchu kuřecí buňky. Výsledkem této vazby je změna struktury virových glykoproteinů, které vystřelí podobně jako harpuna a prorazí membránu cílové buňky.

Glykoproteiny viru napadajícího křečky jsou pozměněny mutací jediné aminokyseliny, která způsobuje mírnou destabilizaci, takže vystřelují samovolně. Mohou napadnout jakoukoli buňku, avšak vystavují se riziku, že vypálí naslepo v okamžiku, kdy žádná buňka není k dispozici. Vzhledem k tomu, že infekce Rousovým sarkomem jsou mimo ptačí říši naprosto ojedinělé, slepá palba zřejmě k přizpůsobení na jiné hostitele a většímu rozšíření moc nepomůže.

Francis Peyton Rous (1879 –1970). Francis Peyton Rous (1879 –1970) byl americký virolog. V roce 1966 obdržel Nobelovu cenu za fyziologii a lékařství za objev, že některé viry mohou přenášet rakovinu. Svůj výzkum provedl v roce 1911. Do udělení Nobelovy cenu uplynulo rekordních 55 let.

Úplný text tiskové zprávy AV ČR.

 

Z čínské chemické kuchyně

4.4.2018
Zdroj:
J.Lu et al., Highly efficient electrochemical reforming of CH4/CO2 in a solid oxide electrolyser, Science Advances 30 Mar 2018: Vol. 4, no. 3, eaar5100, DOI: 10.1126/sciadv.aar5100
Zdroj
Schéma elektrochemické přípravy syntézního plynu.

Syntézní plyn (angl. syngas), směs oxidu uhelnatého CO a vodíku H2, představuje v chemické průmyslu zásadní surovinu. Slouží k výrobě vodíku, amoniaku, methanolu a uhlovodíkových palivových směsí Katalyzovaná chemická reakce, při které za teploty 200-350 stupňů Celsia a pod velkým tlakem vznikají různé kapalné uhlovodíky.Fischerovou–Tropschovou syntézou?. Od zrodu chemického průmyslu se syntézní plyn připravuje stejně, reakcí horké páry s materiálem obsahujícím uhlík, např. uhlím nebo biomasou. Skupina chemiků zejména z Fujianského ústavu pro výzkumu struktury hmoty usoudila, že uzrál čas na promyšlenější způsob.

Jako výchozí látky použili methan CH4 a oxid uhličitý CO2, který elektrochemicky redukují na katodě elektrolyzéru na oxid uhelnatý. Na anodě oxidují methan rovněž na oxid uhelnatý za využití kyslíkového aniontu, který také vzniká na katodě při redukci CO2. Schéma celého procesu vidíme na obrázku.

Obě elektrody tvoří stejný materiál, který funguje jako katalyzátor pro katodový i anodový děj. Základem je směsný oxid lanthnito-strontnato-chromito-manganatý s nepatrně sníženým obsahem kyslíku, s krystalickou strukturou minerálu perovskitu. Kvůli porézní struktuře a chemické rozmanitosti jde v současné době mezi chemiky o velmi populární a studovanou skupinu sloučenin. Jako vlastní katalyzátor fungují nepatrné částečky slitiny niklu a mědi připravené přímo ve struktuře směsného oxidu. Elektrody od sebe odděluje běžný iontový vodič s vysokou vodivostí pro kyslíkové anionty O2-.

 

Protéza komunikuje s mozkem

2.4.2018
Zdroj:
P.D.Marasco et al., Illusory movement perception improves motor control for prosthetic hands, Science Translational Medicine 14 Mar 2018: Vol. 10, Issue 432, eaao6990, DOI: 10.1126/scitranslmed.aao6990
Zdroj
Schéma informačního toku při pohybu rukou.

V Laboratoři bionické integrace (Laboratory for Bionic Integration), součásti Cleveland Clinic, učí lidské mozky vnímat polohu umělé paže. Normálně z mozku pomocí nervů do svalů proudí signály, které spustí jejich pohyb. Zároveň opačným směrem tečou informace o aktuální poloze končetiny (viz obr.). Pro provádění přesných pohybů je uzavření zpětné vazby velmi důležité. Zrak k tomu slouží jen okrajově nebo v případě velmi přesných pohybů. I se zavřenými očima víme dost přesně, jakou polohu zaujímají naše nohy, paže, ruce i prsty.

Moderní protézy ruky lze ovládat signály z mozku stejně jako vlastní končetiny. Slouží k tomu speciální převodník napojený na nervová vlákna, která signály z mozku přetvoří do podoby srozumitelné řídící elektronice protézy. Co zatím chybí, je ona zpětná vazba. K jejímu vytvoření slouží miniaturní zařízení, která ve správný okamžik zatřesou vybranými svaly, což mozek pochopí jako signály polohy protézy. Na videu vidíme, jak to funguje. Dr.James W. Gnadt z National Institutes of Health shrnuje význam nové metody: „Tento přístup posouvá protetiku na novou úroveň, která, jak doufáme, zlepší život mnoha lidí.“

 

Diskuse/Aktualizace