Живые лазеры и ДНК вычислители

Каноны киберпанка подразумевают, что слабая биологическая составляющая будет заменятся на усиленные киберпротезы/киберимпланты. Но это фантазии писателей, а жизнь показывает что и биотех ещё на многое способен. Вот совсем недавний пример - биолазер

Учёные создали первый живой лазер
Исследователи из медицинской школы Гарварда (HMS) методами генной инженерии создали человеческие эмбриональные клетки почки, производящие медузий зелёный флуоресцентный белок (он присутствовал по всей клетке). Затем учёные поместили одну такую клетку между двух зеркал, получив оптический резонатор поперечником в 20 микрометров.

Когда клетку через микроскоп освещали наносекундными импульсами голубого света (в качестве накачки), она испускала направленный когерентный лазерный луч зелёного цвета. Пучок был довольно слабый, но всё же видимый невооружённым глазом. При этом клетка не была повреждена и оставалась живой даже после длительной работы в роли лазера.
Яркость свечения живого лазера была на порядок выше естественной флуоресценции медузы, сообщают исследователи. Так впервые в мире было получено лазерное излучение от биологического материала как активной среды.

Уже даже из одного этого эксперимента видно какие немыслимые возможности открываются биотехнологиям. Ведь фактически живая клетка это созданный самой природой инструмент для манипулирования отдельными атомами и молекулами. То что сейчас называют нанотехнологиями. Самая большая трудность в создании новых материалов с необычными свойствами - это размер. Очень сложно манипулировать в промышленных масштабах элементами размер которых виден только в микроскоп, да и то электронный. Из этого логически проистекает, что следует воспользоваться уже созданным природой инструментарием.
По сути ведь клетка это настоящая нанофабрика, да ещё и программируемая с помощью очень компактного и ёмкого кода ДНК. Более того - ДНК это не только код, это ещё и компьютер!

Создана логическая ДНК-схема рекордной сложности
Двое учёных из Калифорнийского технологического института создали сложную логическую схему на основе ДНК.
По своему устройству она напоминает традиционную полупроводниковую цепь, собранную с использованием унифицированных логических вентилей. «Это и делает наше исследование уникальным, — замечает один из его авторов Эрик Уинфри (Erik Winfree). — Мы нашли такую методику, которая подходит для разработки биохимических схем самых разных размеров и уровня сложности».
Самый крупный «компьютер», сконструированный г-ном Уинфри и его коллегой Лулу Цянь (Lulu Qian), состоит из 130 нитей ДНК и решает одну конкретную задачу — извлекает квадратный корень из любого натурального числа, не превышающего пятнадцати, и округляет результат в меньшую сторону. «Извлечение корня должно стать хорошей демонстрацией, — поясняет Эрик Уинфри. — Мы показали, что биохимические методы подходят для решения отвлечённой математической проблемы, а это изменит отношение к ним».

Печатаем солнечные батареи на принтере

В принципе так и должно быть. Солнечные батареи ввиду свое маломощности и относительно низкой эффективности должны быть внедрены повсеместно, чтобы давать хоть сколько-то значимую отдачу. И российская компания САН может внести серьёзный вклад в это дело. Причём с помощью (не смейтесь только) нанотехнологий Сколково! (ладно уже смейтесь)

Российская компания САН разработала технологию струйной печати солнечных батарей
Во время выставки Ink Jet Technology Showcase, которая пройдёт 8—9 июня в Барселоне, российская компания САН покажет первые образцы солнечных батарей, отпечатанных с помощью цифрового струйного принтера. Компания САН активно работает над этой технологией при поддержке РОСНАНО и инновационного центра «Сколково».

Принцип работы новых солнечных батарей основан на использовании жирных квантовых точек, которые концентрируют солнечную энергию, и углеродных нанотрубок, доставляющих энергию на контакты батареи без потерь.
САН отмечает, что основным достоинством разработанной ею технологии является способ производства батареи — вместо промышленного оборудования требуется лишь обычная струйная печать, которую можно осуществлять чуть ли не в домашних условиях.
К сожалению, не сообщается, какой уровень КПД могут предложить батареи, произведённые таким методом. В САН считают, что дешевизна технологии обеспечит широкое её распространение, и каждый желающий сможет покрыть крышу дома, оконное стекло или одежду солнечными батареями.

Несмотря на скептическое отношение большинства к нанотехнологиям (особенно в российском государственном исполнении) я всё же считаю это серьёзным достижением. Представьте себе, как сверхдешёвые солнечные батареи могут изменить мир?

Алхимия XXI века

У нас слово нанотехнологии уже настолько дискредитированно, что многие уже и не знают, что же оно обозначает на самом деле кроме раздерибанивания госбюджета. Зачем и для чего нужны нанотехнологии? А вот в этой новости, весьма наглядный пример практического и коммерческого применения нанотехнологий.

Японские ученые создали нанотехнологический сплав, похожий на палладий
Иследователи из Киотского университета Японии, недавно сообщили, что им удалось создать сплав, обладающий характеристиками палладия.
Они использовали нанотехнологии для совмещения (и «распыления») родия и серебра, которые в обычных условиях не смешиваются, в новый композит, который, по словам учёных, может со временем заменить настоящий палладий в различной электронике и в других продуктах.

Развитие батарей

Главная причина, по которой мы всё ещё не пользуемся электротранспортом - отсутствие ёмких, лёгких и долговечных аккумуляторов. Эта проблема ключевая. Она тормозит не только электротранспорт, но и мобильную электронику.
Так что это вызов брошенный инженерам и химиках, не может остаться без ответа. Постепенно проникая вглубь самой материи, мы находим всё больше и больше средств повысить эффективность батарей.
Создан микросуперконденсатор из углеродного лука
И это уже реальные нано-технологии.
Но впрочем и для обычных литий-ионных аккумуляторов ещё остался простор для l8;оста.
Мыло и воск облагородили литиевые батареи
Всё это может в разы повысить эффективность запасания энергии на борту устройств. А соответственно продлить их автономность.
Можно к тому же обеспечить запасание энергии прямо не электростанциях. Причём сделать это высокоэффективным и простым способом
Создан «воздушный аккумулятор» для энергетиков
А саму выработку энергии со временем можно будет доверить совершенно зелёной технологии - природному хлорофиллу. На что намекают исследователи.
Новая разновидность хлорофилла поможет солнечной энергетике

Новый этап освоения космоса "нано"-ракетами

Не только у нас любят злоупотреблять приставкой "нано-". Американские военные назвали наноракетами дуры по четыре метра. Но не смотря на явную нелепость названия, вещь придумали толковую.

Американская армия разрабатывает наноракеты для запуска наноспутников
Наноракетами «у них» именуются всего-навсего ракеты высотой 3,6 м и диаметром 0,6 м, на жидком топливе, способные выводить на орбиту до 10 кг груза; с дополнительными твердотопливными ускорителями — до 23 кг.

Наноракеты, обладающие модульной конструкцией, смогут не только доставлять на орбиту наноспутники. По словам Джона Лондона, руководителя программы наноспутниковых технологий SDMC, наноракеты способны работать целями при испытаниях систем противоракетной обороны, а также выступать в качестве гиперзвуковых тестовых платформ. И вообще, по словам военных, наноракеты — прекрасная возможность использования твердотопливных двигателей отслуживших тактических ракет, которые сейчас идут на списание.
Практичность — главная черта наноракет и наноспутников. Как утверждает г-н Лондон, цена наноракеты при массовом производстве составит приблизительно $150 тыс. (в том числе благодаря бакам для горючего из недорогой по сравнению с алюминиевыми сплавами нержавеющей стали); наноспутник в зависимости от «начинки» обойдётся в сумму от $300 тыс. до $1 млн.

На мой взгляд, это открывает потрясающие возможности по выводу на орбиту миниатюрных спутников. Представляете себе запуск спутника как залп "Катюши"? Спутник выводится кусками, и собирается уже на орбите. Некоторая часть элементов может не долететь, придётся применять избыточность. Но это не страшно.
Что можно разместить в спутнике весом 23 кг? Это весь приблизительно приличного ноутбука + приличной камеры + спутникового модема. Либо же вес тактического атомного заряда. Готового рухнуть на голову противника в любой точке мира.
В любом случае, теперь освоение космоса должно резко ускориться. Ни одна из стран конкурирующих в космической отрасли, не должна позволить другой стороне получить преимущество. Они вынужденны будут вложиться в развитие космической отрасли, либо рискуют потерять позиции здесь на земле.
Потрясающе дешёвый способ доставки объектов на орбиту, неизбежно выведет на сцену новых игроков, даже из стран не считавшимися ранее космическими державами.
Ну а мирное применение тоже вырисовывается заманчивое. К примеру доставка грузов в "Космические отели". Воздух, вода, продукты питания, да и просто почтовые посылки вполне могут укладываться в норму 25-50 кг. А если представить себе, что сами корпуса ракет можно тоже использовать на орбите как строительный материал. Вообще становится интересно. Будучи собранными в большую кучу на орбите, ракеты могут стать решёткой космической платформы, сборку которой будут осуществлять роботы, буксировщики и сварщики. Такая решётка оснащённая парусами тонкоплёночных солнечных батарей, будет служить несущим основанием для крепления баков с газами и топливом, телескопов, ретрансляторов, и прочей инфраструктуры

Росийско-Украинский прорыв на рынок Hi-tech возможен?

Очень любопытную новость прочитал вчера на компьюленте.

Российские и украинские учёные предложили новую основу для источников света
Сотрудники Физического института им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН) совместно с учеными из Московского физико-технического института (МФТИ) и Института физики НАН Украины разработали методику создания новых планарных металлоорганических структур, которые могут послужить хорошей основой для электролюминесцентных источников света субмикронных размеров с управляемым спектром излучения.
Команда исследователей из ФИАНа, МФТИ и Института физики НАН Украины предлагает обратить внимание на возможности электролюминесценции металлоорганических структур.
...
Электролюминесценция структур, получаемых с помощью упомянутой выше методики, как раз предоставляет возможности управления спектром осветительного прибора, что позволит создавать источники «естественного» освещения.
В итоге в отделе люминесценции ФИАНа были созданы планарные светоизлучающие устройства на основе островковых плёнок золота и комплексов европия и тербия, а также определён механизм электролюминесценции структуры, в которой доминирует органический компонент. Как выяснили учёные, планарные структуры на основе β-дикетонатов редкоземельных элементов могут служить источниками света субмикронных размеров с узким спектром излучения в красной (органические комплексы Eu) и зелёной (органические комплексы Tb) областях спектра. Работа может быть развёрнута в целый комплекс исследований по созданию планарных светоизлучающих устройств с различными свойствами.

Ну понятно, что работа находится в самом начале пути, и до коммерциализации ещё далеко. Неясен КПД, да и использование редкоземельных металлов может стать большим препятствием. Но сама тенденция-то положительная. Значит в наших НИИ ведутся исследования и разработки.
Рынок светоизлучающей микроэлектроники, дисплеев и органических светодиодов растёт и будет расти в будущем. Так что возможно частный капитал проявит заинтересованность в отечественных разработках и вложив средства сможет рассчитывать на хорошую прибыль в будущем. Да если технология окажется перспективной, это будет один из немногих шансов для наших стран ворваться на рынок высоких технологий, от которого мы отстали уже на полвека.
Эх - мечты!

В каждой клетке по чипу

Одной из страшилок киберпанка всегда были микроскопические наномашины внедряемые в человеческий организм. Однако мне это казалось совсем уж невероятным. Все научные изыскания в этой области ограничивались либо о подключении электроники к набору нейронов при помощи электродов, либо о выращивании клеточных культур на поверхности микросхем и их последующем взаимодействии. Однако, жизнь умеет удивлять. И вот уже разработаны чипы которые могут быть внедрены прямо в клетки организма не нарушая её жизнедеятельности.

Испанцы поместили чипы в живые человеческие клетки
Простейшие образцы чипов способны интегрироваться в биологическую клетку, не нарушая её естественную работу. Яркий опыт провели учёные из Национального центра микроэлектроники (IMB-CNM).
В качестве подопытных были взяты клетки слизевика-диктиостелиума (Dictyostelium discoideum), одного из распространённых модельных организмов в клеточной биологии, а также человеческие клетки HeLa, нередко используемые в биомедицинских исследованиях.
Команда построила несколько чипов из поликристаллического кремния поперечником от 1,5 до 3 микрометров и толщиной 0,5 мкм. При первых инъекциях таких объектов в клетки процент выживаемости последних был невысок.
Тогда учёные применили липофекцию (lipofection) — вставку чужеродного материала при помощи капсулирования "посылки" в липосоме (липидном пузырьке). Это в корне поменяло ситуацию. Даже через семь дней после вживления чипов более 90% клеток из культуры HeLa оставались в полном порядке.
Ранее исследователи проводили эксперименты по внедрению в клетки различных микро- и наночастиц, например с целью доставки лекарств, но кремниевые чипы, созданные при помощи традиционной фотолитографии, обладают рядом преимуществ: их можно изготавливать с очень высокой точностью, они могут нести толику логических схем и даже микроэлектромеханические компоненты.

Это достижение теперь открывает путь к таким безднам киберпанка, что становится воистину страшно. Ведь вычислительные элементы внедрённые в клетки человеческого организма способны влиять на самые низкоуровневые процессы, и даже на вмешательство в генетический код. А будучи внедрёнными в клетки головного мозга скорее всего смогут влиять даже на мыслительные процессы.