Istraživači Sveučilišta u Nottinghamu osmislili su novi način iskorištavanja izvanrednih mogućnosti bio-nanoantena, nanočestica zlata obloženih specijaliziranim redoks aktivnim molekulama za induciranje programirane stanične smrti, apoptoze, u stanice raka na električnu stimulaciju. Istraživanje, objavljeno u časopisu Nature Nanotechnology, usredotočeno je na stanice glioblastoma, zastrašujućeg i gotovo neizlječivog oblika raka mozga; petogodišnja stopa preživljenja za glioblastom je samo 6,8%, a prosječna duljina preživljenja pacijenata procjenjuje se na samo 8 mjeseci od dijagnoze.

Nova metoda koristi potencijal kvantnog signaliziranja u borbi protiv raka. Bio-nanoantene specifično ciljaju stanice glioblastoma, ostavljajući zdrave stanice neozlijeđenima. Ova razina preciznosti bez presedana otvara nove mogućnosti za razvoj liječenja glioblastoma tijekom kirurške resekcije tumora, kada bi se bio-nanoantene raspršivale ili ubrizgavale.

Implantat za kontrolu dijabetesa bez injekcija

Inženjeri MIT-a dizajnirali su novi implantabilni uređaj koji nosi stotine tisuća stanica tkiva za proizvodnju inzulina, ali i vlastitu "tvornicu" koja stvara kisik razdvajanjem vodene pare koja se nalazi u tijelu. Kad se implantira u miševe s dijabetesom, on može održavati razinu glukoze u krvi stabilnom najmanje mjesec dana. Istraživači sad žele izraditi veću verziju uređaja, veličine žvakaće gume, koja bi se testirala na osobama s dijabetesom tipa 1.

Generiranje kisika razdvajanjem vode funkcionira putem membrane za izmjenu protona; riječ je o tehnologiji izvorno primijenjenoj za stvaranje vodika u gorivim ćelijama. Ova membrana, smještena unutar uređaja, razdvaja vodenu paru iz tijela na vodik koji bezopasno difundira, i kisik koji odlazi u komoru za pohranu koja hrani stanice kroz tanku membranu propusnu za kisik.

Ovaj pristup ne zahtijeva nikakve žice ili baterije. Razdvajanje vodene pare zahtijeva mali napon, oko 2 volta, koji se generira pomoću rezonantne induktivne sprege. Ugođena magnetska zavojnica smještena izvan tijela prenosi snagu na malu, fleksibilnu antenu unutar uređaja, omogućujući bežični prijenos energije. Potrebna je tek vanjska zavojnicu, za koju istraživači kažu da bi se mogla nositi kao flaster na koži.

Bioumjetna jetra 

Kineski regulatori odobrili su ispitivanje bioumjetne jetre temeljenu na matičnim stanicama na ljudima, javlja South China Morning Post (SCMP). Umjetni uređaj nalazi se izvan tijela i osim detoksikacije obavlja bitne zadatke poput sintetiziranja enzima potrebnih za probavu i rast. Sustav bioreaktora sastoji se od membrane šupljih vlakana koja uzgaja matične stanice i crpi se natrag u krvotok pacijenta. Unutar tijela te stanice pomažu regenerirati tkivo jetre i poništiti štetu uzrokovanu upalom.

Istraživači su dosad uspješno isprobali uređaj na miševima, svinjama i majmunima, a testiranja su pokazala da bioumjetna jetra poboljšava stopu preživljavanja na 87,5 posto u usporedbi sa 17 posto s konvencionalnim pristupima. Repliciranje uspjeha u ispitivanjima na ljudima ipak je ogroman izazov. Pionir ove tehnologije je američka tvrtka Vital Therapies koja je tijekom dva desetljeća provela 11 kliničkih ispitivanja, ali njihov Extracorporeal Liver Assist System (ECLS) nije uspio proći III. fazu ispitivanja.  U Kini na umjetnim jetrama radi Togo Meditech iz Wuhana, a sad smo dobili i ovog kandidata iza kojeg stoji tvrtka Qian Hui Biotech iz Guangzhoua.

Mapiranje poze za daljinsku procjenu pacijenata

Inženjeri MIT-a osmislili su novu metodu kojom se daljinski procjenjuje motorička funkcija oboljelih od cerebralne paralize. Kombinirajući računalni vid i tehnike strojnog učenja, metoda analizira videozapise pacijenata u stvarnom vremenu i izračunava klinički rezultat motoričke funkcije na temelju određenih obrazaca poza koje detektira u video okvirima.

Videoanaliza se može pokrenuti na nizu mobilnih uređaja. Istraživači tvrde da se napredak može procijeniti jednostavnim postavljanjem telefona ili tableta za snimanje videa dok se pacijenti kreću po vlastitom domu. Snimka se potom učitava u program koji je brzo analizira i izbacuje klinički rezultat ili razinu napretka. Videozapis i rezultat tada se mogu poslati i liječniku na daljnji pregled.

Istraživači sada proširuju ovaj pristup za procjenu djece s metakromatskom leukodistrofijom, rijetkim genetskim poremećajem koji utječe na središnji i periferni živčani sustav, ali i pacijenata koji su doživjeli moždani udar te oboljele od Parkinsonove bolesti. 

Kameleonski premaz hladi i grije zgrade

Kameleon namaqua iz jugozapadne Afrike mijenja boju kako bi regulirao tjelesnu temperaturu prema vanjskim uvjetima. Životinje budu svjetlosive na visokim temperaturama kako bi reflektirale sunčevu svjetlost i ostale hladne i postaju tamnosmeđe kad se ohlade kako bi apsorbirale toplinu. Ova jedinstvena sposobnost prirodni je primjer pasivne kontrole temperature, fenomena koji se može prilagoditi za stvaranje energetski učinkovitijih zgrada. 

Ali mnogi sustavi, kao što su boje za hlađenje ili čelične pločice u boji, dizajnirani su samo za održavanje zgrada hladnim ili toplim i ne mogu se prebacivati ​​između dva moda. Inspirirani kameleonom, kineski su istraživači u časopisu ACS Nano Letters predstavili energetski učinkovit i isplativ premaz koji bi mogao održavati zgrade hladnima ljeti i toplima zimi, bez dodatne energije. Istraživači su pomiješali termokromatske mikrokapsule, specijalizirane mikročestice i veziva kako bi formirali suspenziju koja se nanosi na površinu i grije ili kladi, ovisno u vanjskim uvjetima.

Rasplesani mikroroboti

Nadahnuti fleksibilnim ljudskim zglobovima, znanstvenici Kineskog sveučilišta za znanost i tehnologiju (USTC) Kineske akademije znanosti predložili su strategiju laserskog pisanja s više materijala koji stvara spojeve od hidrogelova osjetljivih na temperaturu i metalnih nanočestica. Takve mikrostrukture idealne su za korištenje u mikro-nano optici, mikro senzorima i mikroelektromehaničkim sustavima.

Studija u Nature Communications posebno spominje meke hvataljke, umjetne mišiće i nosive uređaje. Jedna od mogućnosti bila bi opremanje robota s višestrukim spojevima od legura s pamćenjem oblika koji mogu "realizirati linearno/krivocrtno puzanje, hodanje, okretanje i skakanje laserskim poticanjem"; druga mogućnost je stvaranje fleksibilnih ruku s više zglobova kao pomoć osobama s invaliditetom. To bi im omogućilo da hvataju različite vrste predmeta.

Istraživači USTC-a uspjeli su izraditi humanoidne mikrostrojeve s brojnim zglobovima i višestrukim načinima deformacije, sastavljenim od mikro-spojeva na koje utječu multifokalne zrake u 3D prostoru. To mikrorobotima omogućava da postignu različite načine deformacije zbog kojih izgledaju kao da plešu na mikrometarskoj skali.

Minijaturni robot pokretan eksplozijama

Robot veličine kukca pokretan sićušnim eksplozijama može puzati, skakati i nositi teret koji je mnogo veći od vlastite težine. Robota kojeg su razvili inženjeri materijala sa Sveučilišta Cornell pokreće sićušni aktuatori koji izgledaju kao bubanj; to su šuplji cilindri s elastomernom silikonskom gumom na vrhu.

Istraživači su koristili četiri pokretača za pokretanje stopala robota. Kako bi natjerali robota da skače ili puzi, metan i kisik dovode se u svako stopalo i pokreće strujom iz baterije. Reakcija plinova u obliku vode i ugljičnog dioksida oslobađa energiju kao malu eksploziju, uzrokujući deformaciju gumenog sloja. Sićušne eksplozije događaju se tako brzo da nema plamena koji bi spalio ili oštetio gumu. Ali one pružaju značajnu propulziju: robot tako može skočiti pola metra uvis i nositi teret 22 puta veći od vlastite težine.

Ovakvi mali i lagani, ali istovremeno snažni i sposobni roboti, predstavljeni u časopisu Nature, mogli bi se koristiti za praćenje okoliša ili u akcijama potrage i spašavanja. Robot je trenutačno privezan za ploču s dovodom plina i baterijom, a istraživači sad smišljaju način sagorijevanja goriva na nevezanom robotu.

Svjetlost i elektroni za brže računalstvo

Fotonsko računalstvo jedan je od potencijalnih lijekova za sve veće računalne zahtjeve modela strojnog učenja. Umjesto tranzistora i žica ovi sustavi koriste fotone, mikroskopske čestice svjetlosti za izvođenje računskih operacija u analognoj domeni. Istraživači MIT-a iskoristili su potencijal fotonike da ubrzaju moderno računalstvo demonstrirajući njegove mogućnosti u strojnom učenju.

Njihov fotonsko-elektronički rekonfigurabilni SmartNIC, nazvan Lightning, pomaže dubokim neuronskim mrežama da dovrše zadatke zaključivanja kao što su prepoznavanje slika i generiranje jezika u chatbotovima kao što je ChatGPT. Novi dizajn prototipa omogućuje impresivne brzine, stvarajući prvi fotonski računalni sustav koji služi zahtjevima za zaključivanje strojnog učenja u stvarnom vremenu.

Simulacije pokazuju da Lightning smanjuje potrošnju energije za zaključivanje strojnog učenja za nekoliko redova veličine u usporedbi s najsuvremenijim akceleratorima, kažu istraživači koji Lightning vide preporučuju kao potencijalnu nadogradnju za podatkovne centre kako bi se smanjio ugljični otisak njihovog modela strojnog učenja dok se korisnicima ubrzava vrijeme odziva zaključivanja.

Personalizacija modela za 3D ispis

Style2Fab je generativni alat vođen umjetnom inteligencijom koji korisniku omogućuje dodavanje prilagođenih elemenata dizajna 3D modelima bez ugrožavanja funkcionalnosti proizvedenih objekata. Dizajner bi mogao upotrijebiti ovaj alat za personalizaciju 3D modela objekata koristeći samo upute prirodnog jezika za opisivanje željenog dizajna. Korisnik bi zatim mogao izraditi objekte pomoću 3D pisača.

Style2Fab pokreću algoritmi dubokog učenja koji automatski dijele model na estetske i funkcionalne segmente, pojednostavljujući proces dizajna. Osim što olakšava posao dizajnerima početnicima i čini 3D ispis pristupačnijim, mogao bi se koristiti i u medicini. Uz Style2Fab korisnik može, na primjer, prilagoditi izgled udlage tako da se stapa s odjećom, bez promjene funkcionalnosti medicinskog uređaja. 

Superskliska WC školjka za koju se ništa ne lijepi

Tradicionalne porculanske i keramičke WC školjke mogle bi ubrzo postati prošlost ako zaživi novi 3D ispisani dizajn kineskih inženjera s Huazhong sveučilišta za znanost i tehnologiju; ključna prednost nove zahodske školjke je njena ultra skliska površina. Materijal od kojeg je izrađena školjka mješavina je plastike i hidrofobnih zrnaca pijeska, stopljenih zajedno tehnikama 3D ispisa temeljenim na laseru. Otporan je na abraziju, odbija izmet i niz sintetičkih i prirodnih materijala na koji je testiran. 

"Materijal ostaje čist nakon kontakta s različitim tekućinama kao što su mlijeko, jogurt, vrlo ljepljivi med i mješavina škrobnog gela, pokazujući izvrsnu otpornost na složene tekućine", pišu istraživači u radu koji objavljuje časopis Advanced Engineering Materials. Svoju supersklisku sposobnost materijal zadržava i nakon 1000 ciklusa abrazije pomoću brusnog papira.

Zahvaljujući 3D ispisu inženjeri su u materijal dodali silikonsko ulje kao lubrikant koji se može nadopuniti kako bi posuda tijekom vremena ostala iznimno skliska. Uz to, za ispiranje i čišćenje školjke potrebno je manje vode, što donosi velike uštede kad se zbroje milijuni zahoda u kojima bi se koristili.

Zlatna budućnost termoelektrike

Termoelektrici omogućuju izravnu pretvorbu topline u električnu energiju -- i obrnuto. To ih čini zanimljivima za niz tehnoloških primjena. U potrazi za termoelektričnim materijalima s najboljim mogućim svojstvima, istraživači Tehničkog sveučilišta u Beču (TU Wien) ispitali su različite metalne legure, a posebno se obećavajućom pokazala mješavina nikla i zlata, pokazali su rezultati ispitivanja objavljeni u časopisu Science Advances.

Miješanje magnetskog metala nikla s plemenitim metalom zlata radikalno mijenja elektronska svojstva. Čim žućkasta boja zlata nestane dodavanjem oko 10 % nikla, termoelektrični učinak brzo se povećava i obilato premašuje vrijednosti konvencionalnih poluvodiča. S istom geometrijom i fiksnim gradijentom temperature moglo bi se generirati mnogo puta više električne energije nego u bilo kojem drugom poznatom materijalu, kažu istraživači. S trenutnim performansama pametni satovi već bi se sad mogli autonomno puniti pomoću topline tijela korisnika, a uz daljnja podešavanja princip bi se mogao podesiti za korištenje "na veliko".

Biotisak mreže živih moždanih stanica

Istraživači Sveučilišta Monash upotrijebili su "biotinte" koje sadrže žive živčane stanice, neurone, za ispis 3D živčanih mreža koje mogu rasti u laboratoriju te prenositi živčane signale i odgovarati na njih. Koristeći pristup tkivnog inženjeringa i biotisak s dvije biotinte koje sadrže žive stanice odnosno nestanične materijale, istraživači su uspjeli oponašati raspored sive i bijele tvari u mozgu i o tome izvijestili u Advanced Healthcare Materials.  

Osjetljiva elektrofiziološka mjerenja potvrdila su spontanu aktivnost sličnu živcima koja se odvija u 3D neuronskim mrežama uz odgovore izazvane električnom stimulacijom i stimulacijom lijekovima. Prisutnost detektabilne električne aktivnosti u 3D mrežama stvorenim tkivnim inženjeringom predstavlja značajan korak naprijed u polju neuroznanosti i biotiska. 

Blue OLED Advancement Set

Plavo svjetlo ključno je za uređaje koji emitiraju svjetlost, zaslone pametnih telefona i velike ekrane. Međutim, razviti učinkovite plave organske diode koje emitiraju svjetlost nije lako zbog visokog primijenjenog napona. Konvencionalni plavi OLED obično zahtijeva oko 4 V za osvjetljenje od 100 cd/m2 , a to je daleko od industrijskog cilja od 3,7 V koliko iznosi napon litij-ionskih baterija koje se obično koriste u pametnim telefonima. 

No, sad su japanski inženjeri uspjeli izraditi plavi OLED koji može raditi na nižim naponima. Istraživači Tokijskog instituta za tehnologiju, Sveučilišta u Osaki, Toyami i Shizuoki te Instituta za molekularne znanosti upravo su u časopisu Nature Communications predstavili novi OLED uređaj s izvanrednim ultraniskim naponom uključivanja od 1,47 V za plavu emisiju i vršnu valnu duljinu na 462 nm (2,68 eV). Novi OLED, s emisijom plave svjetlosti pri ultraniskom naponu uključivanja, koristi tipični fluorescentni emiter koji se naširoko koristi u komercijalnim zaslonima.