Плазмонные технологии позволили создать "краску", которая не тускнеет и не выцветает со временем


Ученые разработали новую технологию, на базе которой в будущем можно будет сделать своего рода краску, которая никогда не потускнеет и не выцветет даже под воздействием прямых солнечных лучей. Цвет в данном случае получается при помощи наноструктур на поверхности, которые получили название "плазмонные пиксели". Эти структуры представляют собой крошечные алюминиевые наноантенны, на поверхности которых возникают колеблющиеся с определенной частотой облака свободных электронов, так называемые плазмоны. И частота колебаний плазмонов определяет частоту отражаемого поверхностью света и, следовательно, цвет данного пикселя.

Тимоти Д. Джеймс (Timothy D. James), Пол Мальвани (Paul Mulvaney) и Энн Робертс (Ann Roberts), ученые из университета Мельбурна, продемонстрировали новую структуру плазмонного пикселя, в которой успешно решены несколько основных критических проблем с которыми все время сталкиваются разработчики подобных технологий. Эти проблемы служат причиной ограничения количества возможных цветов, размеров изображения и определяют трудности в получении какого-либо определенного цвета.

Новые плазмонные пиксели имеют структуру, благодаря которой при их помощи можно получить более 2 тысяч цветов и оттенков. Кроме этого, при их помощи можно получить разрешающую способность, которая превышает предел разрешающей способности человеческого глаза. Для демонстрации всего этого ученые создали цветное изображение, размером в 1.5 сантиметра, что существенно превышает размер изображений созданных ранее при помощи похожих технологий. Кроме этого, ученые разработали программный алгоритм, позволяющий рассчитать структуру поверхности с плазмонными пикселями так, чтобы получить наилучшее качество и разрешающую способность создаваемого изображения.


Новые плазмонные пиксели представляют собой микромассивы из алюминиевых наноантенн, каждая из которых выборочно поглощает и отражает лишь свет с определенной длиной волны. Длина каждой наноантенны определяет цвет пикселя, а ширина промежутка между отдельными наноантеннами - насыщенность и яркость создаваемого цвета.

Следует отметить, что плазмонные наноструктуры уже используются достаточно широко в различного рода датчиках, источниках света и в фотогальванических элементах. К материалам, обеспечивающим наиболее сильный плазмонный эффект, относиться золото и серебро, но алюминий является наиболее подходящим материалом для массового производства с точки зрения его доступности и низкой стоимости.

Напомним нашим читателям, что технологии на основе плазмонов считаются весьма перспективными для создания высококачественных дисплеев для телефонов, компьютеров, телевизоров и т.п. Однако, технологии на основе плазмонных пикселей способны создавать лишь статические изображения, которые задаются на этапе производства поверхности и не могут быть изменены в дальнейшем. "Однако и в таком случае у данной технологии имеется масса возможных областей практического применения" - рассказывает Тимоти Д. Джеймс, - "Такое покрытие можно использовать в качестве краски для автомобилей, зданий, рекламных щитов. Кроме этого, при помощи такой плазмонной краски можно будет создавать идентификационные метки, которые будет очень тяжело или невозможно подделать".

Источник

Ученые получили подтверждение наличия в ДНК второго скрытого информационного слоя


Все, что делает нас с вами такими, как мы есть, заключается в последовательности молекул ДНК, находящихся в каждой клетке нашего тела. Но достаточно давно существует гипотеза о том, что молекулы ДНК несут в себе кроме информации, закодированной в виде последовательности чередования оснований, некую дополнительную информацию, закодированную совершенно иным способом. Эта дополнительная скрытая информация влияет на то, как клетки тела обрабатывают и используют основной массив информации, и недавно ученые в области теоретической физики из Нидерландов получили доказательства того, что этот второй скрытый информационный слой действительно существует.

Основания ДНК есть не что иное, как молекулы определенных белков, "строительных кирпичиков" всего живого на Земле, и, возможно, не только на Земле. В состав молекул ДНК входит четыре вида оснований, обозначающихся буквами G, A, T и C. Последовательность чередования этих оснований в молекуле и является носителем информации, которая используется нашим телом для того, чтобы вырабатывать другие белки и выполнять другие функции. Несмотря на факт, что все клетки нашего тела содержат один и тот же генетический код, развитие клеток происходит по-разному, наглядным примером являются клетки тканей различных типов, из которых состоят различные органы. И все это указывает на наличие в ДНК некоей дополнительной информации.

Молекулы ДНК находятся в клетках в очень плотно "упакованном" виде. Если взять и распутать молекулы, содержащиеся в одной клетке, то их длина составит в среднем 2 метра. Теория, выдвинутая в 80-х годах прошлого века, указывает на то, что механические свойства молекулы ДНК определяют то, каким образом она будет "свернута" внутри клетки. В результате изменения формы молекулы изменяется порядок (или приоритет) считывания основной генетической информации и это все является дополнительным скрытым информационным слоем, который, как и основной генетический код играет важную роль в нашей жизни.

Исследовательская группа из Лейденского института физики (Leiden Institute of Physics), возглавляемая Хельмутом Шисселем (Helmut Schiessel), разработала компьютерную модель, назначением которой является проверка описанной выше гипотезы и поиск доказательств ее достоверности. Основой данной модели являлись модели схожих клеток дрожжей двух разных типов, содержащих молекулу ДНК с одинаковой последовательностью оснований, но различающихся механическими свойствами.

Расчеты математической модели показали, что действительно, молекулы ДНК скручиваются и приобретают компактный размер по-разному. Данное открытие заставляет ученых взглянуть несколько по-иному на процесс генетических мутаций, которые, как считалось ранее, затрагивали только код основной генетической последовательности. Но, вполне вероятно, существуют и генетические мутации, оказывающие влияние на механические свойства молекул ДНК, которые, благодаря этому, сворачиваются несколько по-иному, что влияет на процесс считывания информации и производство клетками необходимых им для жизни белков.

Источник

Ученые приступают к созданию полного синтетического генома человека


Группа ученых в области биотехнологий объявила о начале реализации нового проекта под названием Human Genome Project-Write (HGP-write) в рамках которого будет произведена первая в истории попытка синтеза полного искусственного человеческого генома. Основой для данного проекта являются результаты предыдущего проекта Human Genome Project (HGP-read), в ходе которого впервые было выполнено чтение, упорядочивание и составление полной карты генома, который, как известно, является основой жизни не только человека, но и всего живого на земном шаре.

Основной целью проекта HGP-write является разработка аппаратного обеспечения и всех сопутствующих технологий, которые должны существенно уменьшить затраты на создание длинных генных последовательностей, включая и геном человека. Второй стороной данного проекта является разработка ряда норм и правил, решающих проблемы этического плана, возникающие в ходе подобных исследований.

Сам по себе проект HGP-write является спорным с этической точки зрения. Ведь наличие полностью спроектированного искусственного генома позволит создавать людей с чертами и возможностями, которые сделают их отличными от большинства обычных людей, и самым страшным является то, что все это может быть сделано без согласия и участия родителей человека. Но ученые проекта HGP-write заявляют о том, их конечные цели являются более "приземленными" и практичными.

Создавая синтетический человеческий геном на пустом месте, ученые планируют подстегнуть быстрое развитие некоторых новых радикальных медицинских технологий, таких, как выращивание искусственных заменителей органов человека или снабжение организма человека функцией сопротивляемости раку и другим онкологическим заболеваниям. Помимо этого, результаты исследований проекта HGP-write могут оказать огромную помощь в деле разработки новых вакцин, технологий "точечного контроля" определенных видов заболеваний и технологий контроля качества пищевых продуктов.

Следует отметить, что первое объявление о начале проекта HGP-write была сделано около месяца назад в Гарвардском университете. Это объявление вызвало волну резонанса среди научного сообщества, мнение части которого было очень далеким от положительного. Для того, чтобы расставить все точки над "i", руководители проекта HGP-write опубликовали подробную информацию о целях и используемых методах, кроме этого к проекту уже привлечены соответствующие специалисты, которые занимаются рассмотрением юридических и этических вопросов.

Первая фаза проекта HGP-write, общий срок реализации которого составляет 10 лет, начнется уже в конце 2016 года. Для этого должно быть собрано не менее 100 миллионов долларов, которые будут получены со стороны научных, общественных и частных организаций. И, учитывая интерес современной науки к данной области исследований, не стоит и сомневаться в том, что необходимые проекту средства будут собраны в установленные сроки.

Источник

Астрономы обнаружили чрезвычайно редкую планету, которая вращается сразу вокруг двух звезд


Группа ученых-астрономов из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, Центра космических полетов НАСА имени Годдарда и университета Сан-Диего обнаружили еще одну из чрезвычайно редких планет, планету, вращающуюся одновременно вокруг двух звезд. Масса и размер этой планеты делают ее сопоставимой с Юпитером и планета Kepler-1647b является самой большой из известных на сегодняшний день планет с кратной орбитой (circumbinary planet). Планета Kepler-1647b расположена в направлении на созвездие Лебедя на расстоянии 3700 световых лет от Солнечной системы, ее возраст составляет около 4.4 миллиардов лет, что сопоставимо с возрастом Земли. И, помимо всего прочего, эта планета движется по самой большой среди всех известных кратной орбите, она совершает один оборот вокруг своих светил за три земных астрономических года.

Первооткрывателем планеты Kepler-1647b является ученый-астроном Лорэнс Дойль (Laurance Doyle) из института SETI, еще в 2011 году он заметил случай транзита этой планеты на фоне двух звезд. Однако, для того, чтобы данный случай был посчитан за настоящую планету с кратной орбитой, потребовался ряд дополнительных наблюдений и несколько лет анализа всех собранных данных. Следует отметить, что данный случай имеет важное значение в связи с тем, что до последнего времени ученым было известно лишь чуть более десятка планет с кратной обитой, планет, вращающихся вокруг двух, а гораздо реже и большего количества звезд.

Несмотря на большое удаление планеты Kepler-1647b от звезд, наличие сразу двух звезд помещает эту планету в пригодную для жизни зону, зону, где условия на поверхности позволяют существовать воде в жидком состоянии. Однако планета Kepler-1647b является газовым гигантом и ни о какой жизни, в привычном нам виде, на ее поверхности речи идти не может.

В настоящее время астрономы, возглавляемые Стивеном Кэйном (Stephen Kane), членом научной группы Kepler Habitable Zone Working Group, исследуют планету Kepler-1647b на предмет наличия у нее спутников, планет меньших размеров. Именно на поверхности таких спутников может зародиться и существовать жизнь, подобно тому, как это наглядно продемонстрировано в научно-фантастическом фильме "Аватар /Avatar".

Источник

Создан квантовый тепловой транзистор, который позволяет управлять потоком тепла


Исследователи из университета Пуатье (University of Poitiers) и института CNRS, Франция, разработали квантовый тепловой транзистор, позволяющий контролировать проходящий через него поток тепла точно так же, как обычные транзисторы позволяют управлять протекающим через них электрическим током. Такой тепловой транзистор может найти применение в технологиях сбора тепловой энергии, которая обычно выбрасывается в окружающую среду при работе тепловых электростанций и других энергетических систем. В настоящее время существуют методы сбора такой тепловой энергии, но они не отличаются высокой эффективностью, так как их компоненты не могут обеспечить передачу и усиление тепловой энергии так, как это может сделать новый транзистор.

"Для управления электрическим током используются диоды, транзисторы, усилители и другие компоненты, объединяемые в сложные электронные схемы" - рассказывает Карл Жульен (Karl Joulain), ведущий исследователь, - "Теперь мы можем сделать нечто подобное и с тепловыми потоками. На базе новых тепловых элементов мы можем создать тепловые логические элементы, которые позволят управлять, включать и отключать, усиливать и модулировать потоки тепла с целью высокоэффективного сбора вторичного тепла, которое в большинстве случаев теряется безвозвратно".

Следует отметить, что новый транзистор является далеко не первым устройством для управления потоком тепла, но он первый в своем роде, в структуре которого были использованы квантовые компоненты. Другие тепловые приборы, диоды и транзисторы, обычно изготавливались на базе макро- и метаматериалов на основе сплавов металлов, производство которых является весьма энергоемким и дорогостоящим.

С точки зрения функциональной структуры квантовый тепловой транзистор состоит из трех систем, способных находиться в двух стабильных состояниях. Другими словами, текущее состояние этих трех систем определяет включенное или выключенное состояние транзистора. А с физической точки зрения этим состояниям соответствуют состояния квантовых систем, проявляющиеся в виде направления вращения их компонентов. Каждая из трех систем может в какой-то степени контролировать проходящий поток тепла, а их синхронная работа позволяет управлять потоком тепла, текущего через весь транзистор.

Пока еще теоретически исследователи показали, что при помощи нового теплового транзистора можно не только разрешать и прерывать движение теплового потока. Комбинируя различные состояния трех систем транзистора, можно добиться даже усиления теплового потока или его модуляции сигналом, подаваемым извне. В будущем такие транзисторы могут стать основой сложных схем, изготовленных из квантовых объектов, по проводникам которых будут циркулировать потоки тепловой энергии. А собственно квантовые объекты могут представлять собой металлические наночастицы с включенными в них квантовыми точками.

"В наших дальнейших планах стоят исследования, целью которых является дальнейшая оптимизации структуры теплового устройства" - рассказывает Карл Жульен, - "И, естественно, большое внимание мы уделим поиску областей практического применения для разработанного нами транзистора и других сопутствующих вещей"

Источник