Полiт.ua Государственная сеть Государственные люди Войти
5 декабря 2016, понедельник, 17:32
Facebook Twitter LiveJournal VK.com RSS

НОВОСТИ

СТАТЬИ

АВТОРЫ

ЛЕКЦИИ

PRO SCIENCE

ТЕАТР

РЕГИОНЫ

24 июля 2012, 12:57

Новости бионики

Морская губка. Источник:http://arstechnica.com
Морская губка. Источник:http://arstechnica.com

Прыжок в будущее

Одновременно с развитием современных материалов, ученые не перестают исследовать материалы, данные нам самой природой. Зачастую решение современных проблем было придумано эволюцией миллионы лет назад. Среди последних «муз», которые навели ученых на важные открытия, много представителей водной стихии.

Губки для электроники

Ученые применили методы генной инженерии. чтобы создать белки, которые можно использовать в производстве электроники: получать двуокись кремния и двуокись титана, активно применяющиеся в комьютерных чипах и солнечных батареях.

Некоторые виды морских губок вырабатывают белки, отвечающие за создание кремния. Традиционная генная инженерия прививает бактерии чужеродный ген, отвечающий за выработку конкретного белка и использует бактерию как «фабрику» по производству этого белка. В случае с морской губкой, ее белок убьет подопытную бактерию. Ученые из университета Калифорнии попробовали решить эту проблему, создав искусственную клетку, которая состоит из микроскопического пластикового зерна — ядра — и масляного шара в качестве клеточной мембраны.

К каждому из ядер ученые присоединили частицу ДНК, отвечающую за производство силикатеина, причем эта ДНК была получена с помощью случайного скрещивания ДНК двух других силикатеинов. Затем эти ядра были опущены с смесь бактериальных белков, которые должны превратить ДНК в силкатеин, и покрыты тонким слоем масла, который, как клеточная мембрана, «привязал» энзимы к ядру. После этого энзимы начали создавать силикатеин, который скапливается на покрытом антителами пластиковом ядре.

На следующем этапе ученые разрушили мембрану, опустили клетки в раствор с соединениями кремния или титана, и снова покрыли клетки маслом. Во время этой процедуры силикатеиновые белки собирают на ядре оксид кремния (или оксид титана).

После этого был проведен искусственный отбор. Сначала отсортировали ядра по размеру, отобрав те, у которых на поверхности собрался самый большой слой минерала, а затем подвергли их механическому воздействию и отфильтровали те, которые после этого оказались поврежденными. Таким образом были отобраны самые эффективные гены для производства минерала.

Из прошедших отбор клеток ученые случайным образом отобрали 30, и секвенировали их ДНК. Они обнаружили как гены, идентичные исходным силикатеинам, так и новые, абсолютно отличающиеся от исходных. С помощью этих новых генов ученые снова синтезировали силикатеин и изучили его свойства. В то время как обычный силикатеин производит просто скопления кремниевых частиц, новые белки произвели дисперсные наночастицы с содержанием оксидов металлов. Нашелся даже белок — его назвали силикатеин X1 — который производил слои кремниево-белковых волокон.

Таким образом,

искусственно направленная эволюция теоретически может приводить к эффективным результатам, не обнаруженным в природе.

Фактически, они искусственно получили более эффективный (с точки зрения человека), чем исходный, белок-производитель оксида кремния.

Разумеется, направленная эволюция не ограничивается только силикатеинами — например, некоторые виды морских губок производят стекловолокно, которое можно было бы использовать в оптоволоконных сетях, а определенные бактерии могут производить нано-частицы.

Генная инженерия может позволить создавать биологические заводы по производству необходимых для промышленности элементов. Такие заводы были бы экологически чистыми, безотходными и самоподдерживающимися.

Сейчас задача ученых — научиться контролировать процесс направленной эволюции так, чтобы получать белки с заданными свойствами,

например, такими, чтобы производили оксиды с высокой проводимостью. Авторы проекта уверены, что их разработки помогут «поставить те же эволюционные процессы, которые создали морские раковины и скелет, на службу человеку».

Секрет прочности

Губки — не единственное морское животное, вдохновляющее ученых на произвоство новых материалов. Другая группа инженеров-химиков из университета Калифорнии изучила уникальные свойства рака-богомола роскошного (Peacock Mantis Shrimp). Это ракообразное обладает мощнейшими клешнями, которыми оно разбивает панцири крабов, креветок и раковины моллюсков, а иногда даже и стенки аквариумов. На первый взгляд их клешни похожи на обычный хитин, но они выдерживают тысячи ударов за очень короткое количество времени без каких-либо повреждений структуры, при этом очень легкие.

Используя электронный микроскоп, рентгеновскую дифрактометрию, микромеханическое тестирование и компьютерное микромеханическое моделирование, ученые выяснили, что

своей прочностью клешни обязаны трехслойной структуре.

Ударяющая поверхность клешней состоит из чрезвычайно плотного гидроксиапатита. Его прочность на сжатие выше, чем у специализированной керамики типа оксида циркония или карбида кремния. Под ним находится более податливый слой из геликоидальных спиральных хитиновых волокон, окруженных аморфной минеральной массой. Наружная часть клешни состоит из еще одного хитинового слоя, на этот раз бороздчатого, в котором хитиновые волокна расположены параллельно друг другу. Все вместе дает клешне непревзойденную прочность.

Современные композитные материалы используют похожий принцип, но все равно редко выдерживают больше нескольких сильных ударов, после чего их внутренняя структура разрушается. Если же взять за пример то, как эту проблему решила природа, то можно создать легкую и прочную военную броню, обшивку для автомобилей и самолётов, инструменты, спортивный инвентарь.

Робот-клоп

Еще одно водное животное, вдохновившее материаловедов — клоп-водомерка. Он скользит по воде благодаря мельчайшим бороздкам на своих лапках, которые делают их гидрофобными.

Ученые из Китайской академии наук решили, что подобным образом можно решить проблему олеофобных материалов, то есть материалов, отталкивающих жиры и масла. К сожалению, большинство олеофобных покрытий перестают работать, если на них попадает вода.

Ученые сделали небольшого «робота», очень похожего на водомерку. Чтобы придать его медным «лапкам» нанотекстуру, напоминающую текстуру лапок водомерки, их погрузили в гидрат аммиака, и в результате химической реакции образовались мельчайшие нано-«лепестки» оксида меди. Благодаря такому окислению, медная проволока показала угол касания с каплей масла в 164 градуса, под водой, то есть очень высокие олеофобные свойства, которым не препятствует погружение материала в воду.

Ученые уверены, что подобный способ будет работать и с другими металлами, и даже с полимерами, если покрыть их оксидами металлов. Такое олеофобное покрытие может найти массу применений — от лобовых стекол автомобилей, на которые не будут прилипать разбившиеся мухи, до роботов, которые смогут чистить нефтяные разливы в море и покрытия днищ судов, чтобы на них не налипали ракушки.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus

Главные новости

17:27 Европа определилась с приоритетами в космических исследованиях
17:13 В разбившемся в Югре автобусе мог пропасть видеорегистратор
17:09 Кировский суд отказал в возвращении дела «Кировлеса» в прокуратуру
16:51 Чечня пообещала добиваться увеличения бюджетных дотаций
16:37 Путин пригласил избранного президента Узбекистана в Россию
16:26 Медведев решил «ограничить аппетиты» чиновников при госзакупках
16:08 Ливийские военные освободили Сирт от ИГ
16:01 Шувалов сообщил об изменении условий поддержки ипотеки
15:47 Минобороны подтвердило гибель в Сирии российского медика
15:41 Песков прокомментировал потерю второго истребителя с «Адмирала Кузнецова»
15:25 Дадина перевели в колонию в Кировской области
14:49 СМИ сообщили о гибели в Алеппо российской медсестры
14:47 Дело о ДТП в Югре передано Главному следственному управлению СКР
14:41 В конце дня шахматисты склонны к более рискованным ходам
14:32 Президентом Узбекистана избран Шавкат Мирзиёев
14:29 Минкомсвязи обсудит с прокурорами зарплату главы «Почты России»
14:08 Арбитраж в Киеве обязал «Газпром» выплатить 6,8 млрд долларов
13:54 «Почта России» запустила свои самолеты
13:26 Источник сообщил о падении в море второго истребителя с «Адмирала Кузнецова»
13:26 Цена барреля Brent впервые за полтора года превысила 55 долларов
13:15 Правительство немного снизило прожиточный минимум
12:56 После гибели детей в аварии в Югре ужесточили правила перевозки
12:52 СМИ: один из самых успешных проектов в области российского ритейла начался с любви к Айн Рэнд
12:51 ООН запросила на гуманитарную помощь рекордные 22,2 млрд долларов
12:44 ВЦИОМ сообщил о 80% счастливых россиян
12:21 Управление делами президента РФ начнет торговать продуктами онлайн
12:08 Второй обломок «Прогресса» обнаружили во дворе дома
11:53 В ВМФ объяснили сопровождение «Адмирала Кузнецова» кораблями НАТО
11:40 Жизнь предложили искать в атмосфере коричневых карликов
11:39 Евро рухнул из-за референдума в Италии
11:22 Кабмин отказался сокращать дотации Чечне
11:11 Суд отказал Навальному в прекращении дела «Кировлеса»
10:52 «Яндекс» решил проблему «телепортации» в районе Кремля
10:42 Дадина перевели в другую колонию
10:30 СМИ анонсировали увеличение суммы «невыездной» задолженности
10:27 В трех российских регионах объявили траур по жертвам ДТП в ХМАО
10:25 Создан протез хвоста для дельфина
10:11 Ученые подтвердили неизменность места гробницы Христа с IV века
10:04 В Минобороны рассказали об обустройстве сирийской базы Хмеймим
09:42 Трамп раскритиковал политику Китая
09:40 В Москве начнется третья волна сноса самостроя
09:19 СМИ сообщили о приписке ЕР голосов в Подмосковье
09:03 Умер председатель Исламского комитета России Гейдар Джемаль
08:54 Премьер Италии заявил об уходе в отставку
08:25 Полиция задержала водителей за нарушение правил движения при ДТП в ХМАО
08:02 Министр американских ВВС оценила опасность России для США
04.12 21:00 Путин выразил соболезнования родным погибших в ДТП в ХМАО
04.12 20:45 Число жертв пожара в ночном клубе в Окленде выросло до 24 человек
04.12 20:31 Организаторы «Евровидения» опровергли перенос конкурса в Москву
04.12 20:16 Президентские выборы в Австрии выиграл независимый кандидат Ван дер Беллен
Apple Boeing Facebook Google NATO PRO SCIENCE видео ProScience Театр Pussy Riot Twitter аварии на железной дороге авиакатастрофа Австралия автопром Азербайджан Александр Лукашенко Алексей Навальный алкоголь амнистия Анатолий Сердюков Ангела Меркель Антимайдан Армения армия Арсений Яценюк археология астрономия атомная энергия Афганистан Аэрофлот банковский сектор Барак Обама Башар Асад беженцы Белоруссия беспорядки бизнес биология ближневосточный конфликт болельщики «болотное дело» Борис Немцов Бразилия Великая Отечественная война Великобритания Венесуэла Верховная Рада взрыв взятка видеозаписи публичных лекций «Полит.ру» видео «Полит.ру» визовый режим Виктор Янукович «ВКонтакте» ВКС Владимир Жириновский Владимир Путин ВМФ военная авиация Вторая мировая война вузы выборы выборы губернаторов выборы мэра Москвы газовая промышленность «Газпром» генетика Генпрокуратура Германия ГИБДД гомосексуализм госбюджет Госдеп Госдума гражданская авиация Греция Гринпис Грузия гуманитарная помощь гуманитарные и социальные науки Дагестан Дальний Восток День Победы дети Дмитрий Медведев Дмитрий Песков Дмитрий Рогозин доллар Домодедово Донецк драка ДТП Евгения Васильева евро Евромайдан Евросоюз Египет ЕГЭ «Единая Россия» Екатеринбург естественные и точные науки ЖКХ журналисты закон об «иностранных агентах» законотворчество здравоохранение в России землетрясение «Зенит» Израиль Индия Индонезия инновации Интервью ученых интернет инфляция Ирак Ирак после войны Иран Иркутская область ислам «Исламское государство» Испания история История человечества Италия Йемен Казань Казахстан Канада Киев кино Китай Климат Земли, атмосферные явления КНДР Книга. Знание кораблекрушение коррупция космос КПРФ кража Краснодарский край кредиты Кремль крушение вертолета Крым крымский кризис культура Латвия ЛГБТ ЛДПР лесные пожары Ливия Литва литература Луганск Малайзия МВД МВФ медиа медицина междисциплинарные исследования Мексика Мемория метро мигранты МИД России Минздрав Минкульт Минобороны Минобрнауки Минфин Минэкономразвития Минюст мировой экономический кризис «Мистраль» Михаил Саакашвили Михаил Ходорковский МКС Молдавия Мосгорсуд Москва Московская область мошенничество музыка МЧС наводнение налоги нанотехнологии наркотики НАСА наука Наука в современной России «Нафтогаз Украины» некролог Нерусский бунт нефть Нигерия Нидерланды Нобелевская премия Новосибирск Новые технологии, инновации Нью-Йорк «Оборонсервис» образование ОБСЕ общественный транспорт общество ограбление Одесса Олимпийские игры ООН оппозиция опросы оружие отставки-назначения Пакистан Палестинская автономия пенсионная реформа Пентагон Петр Порошенко погранвойска пожар полиция Польша правительство Право «Правый сектор» преступления полицейских преступность происшествия публичные лекции Рамзан Кадыров РАН Революция в Киргизии рейтинги религия Реформа армии РЖД Роскомнадзор Роскосмос Роспотребнадзор Россельхознадзор Российская академия наук Россия Ростовская область РПЦ рубль русские националисты Санкт-Петербург санкции Саудовская Аравия Сбербанк связь связь и телекоммуникации Севастополь сельское хозяйство сепаратизм Сергей Лавров Сергей Собянин Сергей Шойгу Сирия Сколково Славянск Следственный комитет следствие Совет Федерации социальные сети Социология в России Сочи Сочи 2014 «Спартак» «Справедливая Россия» спутники СССР стихийные бедствия Стихотворения на случай стрельба суды суицид США Таиланд Татарстан театр телевидение теракт терроризм технологии транспорт туризм Турция тюрьмы и колонии убийство Украина Федеральная миграционная служба физика Финляндия ФИФА фондовая биржа Фоторепортаж Франсуа Олланд Франция ФСБ ФСИН ФСКН футбол Хабаровский край хакеры Харьков химическое оружие хоккей Центробанк Цикл бесед "Взрослые люди" Челябинская область Чечня шахты Швейцария Швеция школа шпионаж Эбола Эдвард Сноуден экология экономика экономический кризис экстремизм Южная Корея ЮКОС Юлия Тимошенко ядерное оружие Япония

Редакция

Электронная почта: politru.edit1@gmail.com
Адрес: 129343, Москва, проезд Серебрякова, д.2, корп.1, 9 этаж.
Телефоны: +7 495 980 1893, +7 495 980 1894.
Стоимость услуг Полит.ру
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003г. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2014.