Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Membrana.ru.24 июля 2009

Нано на обед: человек съест продукты нанотехнологий

Наноеда (nanofood) - термин новый, малопонятный и неказистый. Еда для нанолюдей? Очень маленькие порции? Еда, сработанная на нанофабриках? Нет, конечно. Но всё же это - любопытное направление в пищевой отрасли.

Учёные, инженеры и специалисты пищевой промышленности спорили о перспективах наноеды на первой конференции с говорящим названием Nano4Food 2005, прошедшей 20-21 июня в голландском местечке Wageningen.

Оказывается, наноеда - это целый набор научных идей, которые уже находятся на пути к реализации и применению в промышленности.

Во-первых, нанотехнологии могут предоставить пищевикам уникальные возможности по тотальному мониторингу в реальном времени качества и безопасности продуктов непосредственно в процессе производства.

Речь идёт о диагностических машинах с применением различных наносенсоров или так называемых квантовых точек, способных быстро и надёжно выявлять в продуктах мельчайшие химические загрязнения или опасные биологические агенты.

И производство пищи, и её транспортировка, и методы хранения могут получить свою порцию полезных инноваций от нанотехнологической отрасли. По оценке учёных, первые серийные машины такого рода появятся на массовых пищевых производствах в ближайшие четыре года. Яблоки вместо атомов в решётке круглой наночастицы - логотип первой международной конференции по наноеде (иллюстрация с сайта nanofood.info).

Но на повестке дня и более радикальные идеи. Вы готовы проглотить наночастицы, которые невозможно увидеть?

Помнится, некоторое время назад появилась "страшилка", что, мол, случайно попавшие в природу наночастицы, созданные руками человека, могут представлять опасность для здоровья. Эти опасения ещё не развеяны, но специалисты по нанотехнологиям предлагают посмотреть на такую "интервенцию" внутрь наших тел и с иной стороны.

А что если наночастицы будут целенаправленно использоваться для доставки к точно выбранным частям организма полезных веществ и лекарств? Что если такие нанокапсулы можно будет внедрять в пищевые продукты?

Пока ещё никто не употреблял наноеду, но предварительные разработки уже идут. Специалисты говорят, что съедобные наночастицы могут быть сделаны из кремния, керамики или полимеров. И разумеется - органических веществ.

И если в отношении безопасности так называемых "мягких" частиц, сходных по строению и составу с биологическими материалами - всё ясно, то "твёрдые" частицы, составленные из неорганических веществ - это большое белое пятно на пересечении двух территорий - нанотехнологии и биологии.

Поскольку эти частицы необычайно малы, они демонстрируют иное химическое поведение чем, те же вещества, но "оптом". Тут в игру уже вступает квантовая механика.

Учёные ещё не могут сказать, по каким маршрутам подобные частицы будут путешествовать в теле, и где в результате остановятся. Это ещё предстоит выяснить. Зато некоторые специалисты уже рисуют футуристические картины преимуществ наноеды. Помимо доставки ценных питательных веществ к нужным клеткам.

Как вам понравится, например, интерактивный напиток, нарисованный воображением Мануэля Маркеса-Санчеса (Manuel Marquez-Sanchez) из компании Kraft Foods?

Идея заключается в следующем: каждый покупает один и тот же напиток, но затем потребитель сможет сам управлять наночастицами так, что на его глазах будут меняться вкус, цвет, аромат и концентрация напитка.

Фантастика. Но первые ласточки - уже на пороге. Сейчас рынок наноеды имеет объём около $3 миллиардов. Это пока лишь прикладные нанотехнологии, которые можно приспособить для нужд пищевой промышленности. А к 2010 году, по оценке экспертов, данный рынок вырастет до $20 миллиардов.

Может быть, в этой сумме свою долю завоюют и меняющие свою структуру напитки. Или, скажем, вылечивающие сосуды и сердце нанобифштексы.

Перуанские ловцы тумана поят людей и деревья

Газеты перуанской столицы Лимы периодически печатают предупреждения для местных жителей: ближайшие несколько дней воды в городе не будет! Происходит это довольно часто, а через десяток лет может и вовсе стать повсеместным явлением. Решение нашли немецкие биологи, занимающиеся охраной окружающей среды и помощью гражданам бедных стран.

Для того чтобы хоть как-то помочь жителям высокогорных районов, Кай Тидеманн (Kai Tiedemann) и Анне Луммерих (Anne Lummerich), немецкие специалисты по охране и рациональному использованию водных ресурсов, создали небольшую некоммерческую организацию Alimón, которая начала способствовать развитию стран Латинской Америки.

В 2006 году на окраинах Лимы биологи запустили проект по созданию ирригационной системы, собирающей воду из тумана, густая пелена которого, приходит со стороны Тихого океана с июня по ноябрь.

Немецкие специалисты предложили бюджетный вариант: подвесить на пути продвижения тумана специальные сети, которые могут собирать сотни литров воды в сутки.

Что же происходит? Сбор воды на сетях чем-то похож на конденсацию, когда пар в воздухе осаждается на холодной поверхности, постепенно образуя мельчайшие капли. В данном случае всё несколько проще. Туман уже состоит из капель жидкости.

Когда ветер прогоняет влажный воздух сквозь сети, капельки осаждаются на волокнах ткани.

Примерная схема получения и сохранения воды. Луммерих и Тидеманн использовали полотна, похожие на гигантские волейбольные сетки (4 на 8 метров). Их натянули между двумя деревянными столбами так, чтобы плоскость ткани была перпендикулярна главенствующему направлению движения воздуха. Верхняя часть каждой такой сетки располагается на высоте 5,5 метра над поверхностью склона.

По мере продвижения влажного воздуха сквозь сеть вода накапливается, капли растут и, в конце концов, (гравитация как-никак) начинают падать вниз, попадая в специальный жёлоб. По нему они стекают в два резервуара, а затем и в бассейн.

Уже сейчас ясно, что в хорошие дни "улов" может превысить 550 литров. Немыслимое количество по меркам перуанцев. Впрочем, и сами учёные не могут удержаться от красивых сравнений.

"Поднимаешься по дороге, близ сетей стоит густой туман, через некоторое время налетает ветер, и становится слышно, как накопившаяся вода начинает стекать. Будто открывается кран. Удивительные ощущения", - делится впечатлениями Анне.

Биологи создали и другой тип "ловца тумана" - многослойный. Его впервые опробовали в 2007 году. Он занимает столько же места, но при этом выдаёт более 2200 литров пресной воды в день!

Данные устройства помогает людям для удовлетворения собственных нужд в воде, которые уже смогли осторожно встроиться в природные циклы и не только не нарушить шаткое равновесие в природе, но и немного его укрепить.

Спиральный робот перенял у бактерий стиль плавания

Если одни бактерии заражают человека, стоит попробовать снарядить на борьбу с болезнями другие микроорганизмы. Но пока генетические эксперименты в этой области не дают яркого результата, может, лучше взять, да и построить искусственные бактерии, которые будут выполнять "поручения" медиков? Неизвестно, какой подход выглядит более фантастичным, но управляемые роботы размером с микробов уже созданы и совершают свои первые заплывы в чашках Петри.

Целый ряд бактерий, таких как широко известная кишечная палочка (E. coli), ловко перемещаются в окружающей среде при помощи длинных жгутиков, завитых словно пружинки. Жгутики эти вращаются с очень высокой скоростью в ту или иную сторону, заставляя микроорганизм плыть вперёд и совершать кувырки да повороты.

Учёные не один раз с восторгом поглядывали на этот природный механизм, мечтая воспроизвести его в искусственной системе. Исследователи из самых разных институтов давно высказывали здравую мысль, что такие "хвостики" могут стать прекрасными движителями для медицинских микроботов, запускаемых в тело пациента. Но первой впечатляющего успеха на этом поприще добилась группа под руководством профессора Брэдли Нельсона (Bradley Nelson) из швейцарского федерального технологического института (ETH Zürich). membrana Перед нами настоящий технологический шедевр: спиральный медицинский микроробот (фото Institute of Robotics and Intelligent Systems/ETH Zürich).

Недавно Брэдли и его коллеги первыми сумели построить "Искусственный бактериальный жгутик" (Artificial Bacterial Flagella - ABF) - образование микрометровых размеров. Да ещё прикрепили его к "голове" - аналогу бактерии. Создав несколько таких изделий, названных "Спиральными плавающими микророботами" (Helical Swimming Microrobot), экспериментаторы пустили их в жидкость, воспроизводя ситуацию, когда подобным устройствам потребуется перемещаться не хаотично, но в определённом направлении, задаваемом человеком.

ABF насчитывают в длину от 25 до 75 микрометров, что лишь немногим больше, чем длина настоящих жгутиков у бактерий (5-25 мкм). Представляют собой эти искусственные "хвостики" свитые в спирали плоские ленточки. Толщина лент равна 27-42 нанометрам, ширина - менее 2 микрометров, а диаметр спирали - около 3 мкм.

Голова робота состоит из трёх тонких слоёв: хром, никель и золото. Именно никель, как магнитный материал, отвечает за вращение всего "конструктора". Учёные прикладывают к микроботам магнитные поля, а они заставляют вращаться и поворачиваться головки роботов - вот те и плывут.

Один из первых образцов микроробота с ABF, показанный на этих снимках, при собственной длине 74 микрометра достигал средней скорости движения 5 микрометров в секунду при частоте вращения 470 оборотов в минуту. Тёмная точка вверху - цель, к которой учёные старались направить свою "хвостатую бактерию" (фото Institute of Robotics and Intelligent Systems/ETH Zürich).

Кстати, Нельсон известен нам по созданию хирургического микробота - устройства, похожего на миниатюрную стрелку компаса, управляемую внешним магнитным полем.

Но в новом проекте есть существенные отличия. В первом случае (как и в целом ряде сходных экспериментов, проводимых в других университетах и институтах) крошечные "зонды" напрямую подталкиваются в нужную сторону внешним полем. Исследователи полагают, что такие "микромагниты" можно при помощи электромагнитов внешних довести до нужной точки в теле, чтобы там они могли выполнить свою задачу. К примеру, воздействовать на опухоль или атеросклеротические наросты в сосуде.

А вот ABF, полагают швейцарцы, позволяет управлять движением робота-бактерии куда более точно. Ведь тут внешнее поле лишь приводит в движение "хвост", а он уже толкает всего робота.

Команда Брэдли разработала специальное программное обеспечение, позволяющее создавать при помощи нескольких катушек вращающиеся поля сложной конфигурации. Так, по командам человека ABF может двигаться вперёд и назад, вверх и вниз, а также вращаться во всех направлениях.

Максимальная скорость движения ABF составила 20 микрометров в секунду, но авторы работы уверены, что вскоре её можно будет увеличить до 100. Для сравнения - E. coli разгоняется до 30 мкм/с.

Создатели плавающих микророботов полагают, что в будущем такие устройства смогут точечно поставлять лекарства к очагам поражения внутри человека. При этом такой способ выгодно отличается от прямого перетягивания каких-либо капсул магнитом. Ведь для движения ABF необходимо приложить очень слабое, совершенно безопасное поле (1-2 миллитесла).

Можно, конечно, заставить перевозить полезный груз и живые клетки (мы видели такие эксперименты - простой и более сложный), но тут придётся полагаться на их собственные "соображения", куда нужно двигаться.

Для реализации такой цели авторы проекта намерены ещё уменьшить размер своих роботов и повысить их скорость движения, равно как поработать над управляющей системой. Нельсон уверен - спирали ABF найдут применение и в медицине, и в фундаментальных исследованиях.

Создатели Helical Swimming Microrobot радуются, что их роботы так похожи на бактерии. Учёным не потребовались миллиарды лет, чтобы придумать прекрасный способ перемещения микрометровых объектов в жидкой среде - за исследователей это сделала Природа.

Характеристики

Список файлов книги