XCOD.INFO

Саму возможность создания логического вентиля из генома, который будет так функционировать, описали в своей статье ещё в прошлом году японские специалисты (иллюстрация RSC Publisning).

Учёные из университета Иерусалима (HU) представили логический вентиль, созданный на основе молекул ДНК. Теоретическое применение такого устройства – работа внутри тела и регулирование выделения лекарств. Препарат с таким “устройством” будет освобождаться только там, где это нужно.

Логический вентиль – это базовый элемент цифровой схемы, он выдает тот или иной сигнал на выходе в зависимости от входных сигналов. В нынешнем механизме последовательно работающие вентили выполняли различные логические функции.

В роли ключевых элементов системы выступили комплиментарные нити ДНК (нити определённых последовательностей, подходящие друг к другу). Каждая из них представляла значение 1 (если присутствовала), и 0 (если отсутствовала).

Для непосредственного наблюдения сигнала, который нити демонстрируют на входе, израильские специалисты маркировали их флуоресцирующими молекулами, работающими только если каждая из ДНК присутствует в пробирке в одиночку. А когда на входе было две нити, они соединялись и их свечение гасилось. Таким образом получилась функция исключающего ИЛИ: выходной сигнал равен 1, только если на вход поступает один из двух исходных сигналов, но не тогда, когда они имеются оба или оба отсутствуют.

Практическое применение новинки для медицины было продемонстрировано сразу же: учёные связали логический вентиль с молекулой, инактивирующей тромбин – фермент, “сворачивающий” кровь. Также авторы считают, что развитие их работы может привести к созданию ДНК-компьютера, выполняющего элементарные арифметические операции.

Статья учёных опубликована в Nature Nanotechnology. Напомним, в Израиле несколько лет назад уже был создан ДНК-механизм, вошедший в книгу рекордов Гиннесса. Читайте также про ДНК-компьютер, обыгрывающий человека в крестики-нолики, и эксперимент с генетическими ключами и “ДНК-шкатулками”.

Исследовательская лаборатория IBM в Цюрихе продемонстрировала технологию, способную создавать электронные компоненты размером всего в 15 нанометров. Помимо высокой точности технологии, новая разработка позволяет создавать наноструктуры с относительно невысокой стоимостью, что открывает путь к созданию недорогих, но производительных чипов.

В рамках демонстрации инженеры показали два трехмерных слоя, созданных при помощи новой технологии. На трехмерных слоях было создано изображение швейцарского горного хребта Маттерхорн в масштабе 1: 5 миллиардам. Полученная “гора” получилась в высоту не более 25 нанометров. В сообщении корпорации говорится, то при помощи такой техники можно было бы создать карту мира размером 22х11 микрометров, масштаб такой карты составил бы 8 нанометров на 300 метров.

Существующее оборудование, печатающее наноструктуры смогло бы воссоздать карту мира всего за 2,5 минуты.

В основе новой технологии лежит концепция нанопечати при помощи кремниевой иглы, толщина которой у основания составляет 100 нанометров, а на конце не более 10 нанометров, что позволяет захватывать ей 15-нанометровые компоненты. Сама игла прикреплена к гибкой подложке, которая может позиционировать иглу с точностью до 1 нанометра.

“Благодаря сочетанию тепла и силы притяжения игла работает подобно фрезерному станку, только в наномасштабе. Сейчас точность технологии составляет 15 нанометров, в будущем она сможет работать с еще более мелкими компонентами”, - говорят в IBM. По прогнозам разработчиков, в будущем эта технология может прийти на смену используемой на сегодня технологии электронно-лучевой литографии, которая использует для печати чипов потоки электронов.

В заявлении IBM говорится, что при прочих равных условиях, стоимость чипов, созданных по новой технологии, может быть на 80-90% меньше, чем у чипов, созданных по классическим технологиям.

В IBM отмечают, что пока не приняли решение о начале коммерческой эксплуатации разработки.

Несколько простейших чипов, созданных для экспериментального внедрения в клетки. Масштабная линейка – 3 микрометра (фото Wiley-VCH Verlag).

Простейшие образцы чипов способны интегрироваться в биологическую клетку, не нарушая её естественную работу. Яркий опыт провели учёные из Национального центра микроэлектроники (IMB-CNM).

Ранее при “скрещивании” чипов и клеток речь шла либо о подключении электроники к набору нейронов при помощи электродов, либо о выращивании клеточных культур на поверхности микросхем и их последующем взаимодействии. Теперь экспериментаторы перевернули прежние подходы с ног на голову: поместили чипы внутрь клеток.

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.

Чтобы убедиться, что с целью вставки можно изготавливать и более сложные чипы, авторы поэкспериментировали с интеграцией в “датчики” различных материалов и с построением на их поверхности трёхмерных структур при помощи фокусированного ионного луча. (Детали опытов испанских учёных можно найти в статье в издании Small и новости в журнале Nanowerk.)

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. (Читайте также про RFID-порошок)

Нейроимплантат размером четыре на четыре миллиметра с сотней электродов помог учёным получить целостную картину сложной динамики “внимательности” в мозге (фото Daily Tech).

Физиологи давно отмечали, что колебания, присутствующие во многих зонах мозга (в основном бета– и дельта-волны), скорее всего, напрямую связаны с механизмом внимания. Теперь же группе исследователей из Чикагского университета (UChicago) удалось записать алгоритм работы моторной коры – для этого понадобился страдающий параличом испытуемый.

Корни исследования, результаты которого опубликованы на этой неделе в журнале Neuron, уходят в 2004 год. Тогда компания Cyberkinetics, проведя первые успешные тесты своего нейроимплантата BrainGate, решила проверить, до каких пределов смогут совместно дойти человеческий разум и современная техника.

Как мы подробно рассказывали, чип был сроком на год имплантирован в моторную зону коры мозга 25-летнего паралитика Мэттью Нэйгла (Matt Nagle). С помощью BrainGate он получил возможность управлять курсором на экране, проверять почту, играть в видеоигры, рисовать и переключать каналы.

Новая работа базируется на данных, полученных во время клинического исследования 2006 года и только сейчас до конца обработанных. Правда, в тексте статьи намеренно не упоминается имя умершего уже пациента, но, по всей видимости, речь идёт о том самом человеке.

мозговым имплантатом. На снимке к макету головы подключён кабель обратной связи (фото Wikimedia Commons).

Как объяснили учёные в пресс-релизе университета, эксперимент выглядел так: парализованному пациенту описали пять возможных вариантов перемещения по экрану курсора, однако выполнить попросили только второй и четвёртый.

Записывавшиеся в это время показатели мозговой активности при последующей расшифровке показали такую картину: высокочастотные бета-колебания усиливались при ожидании приказа, а их пик приходился на миг перед тем, как звучала реплика экспериментатора.

После получения инструкции, непосредственно до того как начинал двигаться курсор, бета-активность резко снижалась (что помогало избежать выполнения инструкций, которые следовало пропустить). А вот дельта-колебания были постоянными: словно пациент в определённом ритме отслеживал каждую реплику.

Исследователи сделали вывод, что бета-колебания в мозге отражают степень внимания, уделяемого человеком текущей задаче, медленные же дельта-волны действуют как внутренний метроном, позволяя выждать момент, когда понадобится высокая концентрация.

В лаборатории Николаса Хатсопулоса (Nicholas Hatsopoulos Lab), где проводились опыты, сейчас царит воодушевление. Специалисты считают, что столь чёткое понимание колебательной динамики коры открывает возможность для создания восстановительной терапии будущего. Читайте также о нашем тесте игры, основанной на считывателе мозговых волн, определяющем концентрацию внимания.

Поверхность новой солнечной батареи под микроскопом (фото Caltech/Michael Kelzenberg).

Опытный прототип эффективной солнечной батареи, содержащей примерно в 50-100 раз меньше кремния, чем классическая, да к тому же батареи гибкой удалось получить благодаря “свежему” сочетанию известных материалов и хитроумному структурированию ячейки. Несколько таких образцов построены в Калифорнийском технологическом институте (Caltech).

Новый массив поглощает до 96% солнечных лучей на одной из длин волн и солидные 85% от всего падающего солнечного света. Это рекорд для материалов, созданных специально для повышения доли света, “съедаемого” фотоэлектрическим преобразователем. Как отмечает один из авторов разработки, Гарри Этвотер (Harry Atwater), многие материалы хорошо поглощают свет (чёрная краска хотя бы), но они не генерируют ток.

В данном случае за великолепным захватом падающих лучей следует и генерация носителей заряда. Опыт также показал очень высокие внешнюю и внутреннюю квантовую эффективность использованного полупроводника при поглощении им фотонов, иными словами — прототип батареи обладает всеми задатками, чтобы при должной доводке показать очень высокий суммарный КПД.

Но что удивительнее всего, в ряде построенных образцов такое эффективное поглощение работало при том, что собственно кремниевое покрытие занимало лишь от 2% до 10% общей площади батареи (а в основном — менее 5%), равно как и менее 5% от объёма рабочего слоя. Практически всё остальное в новой системе занимает простой прозрачный полимер. Секрет такого “чуда” — в целой армии микроскопических колонн (или проводков) из кремния, установленных перпендикулярно основанию панели.

Сама идея структурирования поверхности солнечной ячейки на микро- и даже наноуровне для радикального роста усвоения света — не нова. В 2007 году с этой целью учёные построили “Наноманхэттен” из углеродных нанотрубок, а в 2008-м многослойное покрытие из “лесов”, “деревья” в которых представляли собой наностержни из диоксида титана.

Однако, авторы новой работы довели проект такого рода до совершенства. Они поставили множество опытов с разными параметрами “колонн” (остановились на диаметре 1 микрометр при длине 30-100 мкм) и расстоянии между отдельными “колоннами”. Учёные выяснили, что выгодно не сближать микропроводки слишком тесно — прозрачное пространство между ними хорошо работает на многократную трансляцию лучей — те фотоны, что не поглощаются кремниевыми стержнями, отражаются не вверх, а в стороны — на многочисленные соседние “колонны”.

Кроме того, оказалось, что новая батарея лучше воспринимает свет, падающий под самыми разными углами, нежели батарея классическая, чувствительная к точному нацеливанию на Солнце.

Пока технология апробирована только на совсем крошечных образцах (поперечником в десяток миллиметров). Следующим шагом исследователей будет построение аналогичных преобразователей более крупного размера и их тестирование.

Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)

Ученым из Стенфордского университета удалось сделать батарейки из ткани. В качестве основных элементов таких батареек выступают самые обыкновенные хлопок и полиэстер. Разработчики говорят, что созданные ими батарейки внешне не отличимы от обычной ткани, они очень гибкие, полностью химически безопасные и легкие.
По словам авторов, сообщивших о своей разработке в научном журнале Nano Letters, созданные ими батарейки представляют собой развитие концепции так называемой “носимой электроники”. К “носимой электронике” относятся электронные устройства, которые интегрируются прямо в одежду. Ранее производители уже показывали одежду со встроенными плеерами, системами освещения, датчиками дождя и встроенными средствами навигации и спутниковой связи.

Созданные “текстильные батарейки” основаны на том подходе, что тонкие нити, присутствующие в ткани, представляют собой проводники и конденсаторы для хранения и передачи электрического тока. Ранее эта же команда исследователей работала над созданием элементов питания из обыкновенной бумаги, соли и тонкой металлической прослойки. Здесь также был достигнут определенный успех и ученые сейчас ищут инвестора, готового вложиться в проект создания бумажных батареек.

Стенфордские исследователи говорят, что использовать их батарейки можно не только в одежде, но и в гибкой электронике, например, прозрачных гибких дисплеях. По словам разработчиков, основной секрет их батареек в том, что в тканях используются не только растительные волокна, но и углеродные нанотрубки, придающие необходимые электрические свойства ткани. Именно нанотрубки удерживают в текстиле заряд, кроме того именно при помощи них текстильные батарейки можно интегрировать с теми или иными электронными устройствами.

Материал предоставлен информационным порталом Сайберсекьюрити Ру

Французским инженерам удалось создать органический транзистор с добавлением наночастиц золота, который может использоваться в схемах, имитирующих передачу сигналов в нервной системе.

Конструкция транзистора; «С» — сток, «И» — исток (иллюстрация журнала Advanced Functional Materials).

Синапсы — области контакта нейронов между собой или с иннервируемыми ими тканями — служат для передачи нервных импульсов. Общее число синапсов в мозге человека приблизительно на семь порядков превосходит количество нейронов; очевидно, если ученые хотят создать компьютер, моделирующий деятельность мозга, им совершенно необходимо разработать простой и эффективный «электронный синапс». Такие устройства уже конструировались ранее, но все предложенные схемы содержали не менее семи кремниевых транзисторов.
Способность настраивать параметры передачи входных сигналов относится к важнейшим характеристикам биологического синапса. Он, к примеру, может ослаблять сигнал в том случае, если импульсы подаются на «вход» с высокой частотой; это его свойство принято называть пластичностью.
Авторам удалось получить электронный аналог эффекта пластичности с помощью золотых наночастиц и органического полупроводника — ароматического углеводорода neпентацена. Частицы были заключены в пентаценовую пленку и располагались в канале транзистора, играя роль наноразмерных конденсаторов. Для создания «усиливающего» синапса перед подачей периодической последовательности импульсов исследователи заряжали наночастицы (подавали отрицательное напряжение на затвор), а «ослабляющий» синапс требовал предварительной подачи положительного напряжения.

Авторам также удалось смоделировать поведение синапсов обоих типов без начального программирования. В этом случае на затвор подавалась такая же периодическая последовательность импульсов, определявшая процесс заряда и разряда наночастиц.

Выходной сигнал (ток стока) транзистора, имитирующего «ослабляющий» (вверху) и «усиливающий» синапсы. В первом случае на затвор предварительно подавали напряжение +50 В, во втором — -50 В. (Иллюстрация из журнала Advanced Functional Materials.)

Новости Компьюленты

РИА Новости.

Новая наука на основе нанотехнологий, биотехнологий, информационных и когнитивных технологий появится в России, заявил директор РАН Курчатовский институт Михаил Ковальчук на научной конференции, посвященной рентгеновскому, синхротронному излучениям, а также нано-, био-, инфо-, когнитивным технологиям, которая открылась 16 ноября в Курчатовском институте.

Фактически, речь идет о создании принципиально новой науки с четырьмя составляющими: нанотехнологии, биотехнологии, информационные технологии и когнитивные технологии, - сказал он.

По словам Ковальчука, сочетание данных технологий является основой науки будущего, перехода на принципиально новые, возобновляемые ресурсы и технологии, созданные по образцу живой природы, с использованием самых совершенных технологических достижений.
Образованный в Курчатовском институте НБИК Центр (назван по первым буквам технологий) включает в себя новый нанотехнологический корпус, модернизированный источник синхротронного излучения, исследовательский нейтронный реактор ИР-8, центр обработки и хранения данных на основе суперкомпьютера.
Ковальчук отметил, что развитие этого научного направления позволит создать новую платформу для дизайна новых лекарств, а также генно-инженерную платформу (для работы с геномом человека - ред.).