Pametne bio-tinte koje obnavljaju oštećene neurone mogle bi u sljedećih 20 godina izliječiti cijeli niz bolesti i stanja koja stoljećima zbunjuju liječnike i znanstvenike. Sljepoća, gluhoća, kronična bol, epilepsija, bolest motoričkih neurona i Parkinson; sve ove "neizlječive" bolesti povezane su s neispravnim neuronima, tvrdi profesor Matthew Griffith sa Sveučilišta Južne Australije (UniSA) na tamošnjem Future Industries institutu istražuje i stvara biokompatibilne tinte na bazi ugljika, otisnute u mekane fleksibilne uređaje koji se mogu kirurški ugraditi i elektronički komunicirati s neuronskom mrežom.  

Trenutne tehnologije za neurološka stanja i sljepoću uključuju duboku moždanu stimulaciju i umjetnu mrežnicu zbog čega imaju ograničen uspjeh jer su elektrode izrađene od tvrdih, nesavitljivih materijala poput metala i silicija koji imaju lošu biokompatibilnost.

Ideja je napasti bolesti "ispisivanjem jeftinih elektroničkih uređaja koji mogu razgovarati s našim tijelima na jeziku koji razumiju", kaže dr. Griffith. "Vjerujem da se to može postići razvojem pametnih, organskih elektroničkih tinti koje se 3D ispisuju u fleksibilne uređaje i komuniciraju s neuronima, razvijaju nove živčane stanice i stvaraju umjetna neuronska sučelja."

Programabilni živi materijali

Znanstvenici već neko vrijeme koriste stanice za izradu novih vrsta materijala koji mogu rasti, sami se popravljati i čak reagirati na okoliš. Oni nastaju ugrađivanjem stanica u neživu matricu, oblikovanu u željenom obliku. A sada su kineski istraživači Tehnološkog sveučilišta u Nanjingu ispisali biotintu koja sadrži genetski modificirane biljne stanice za izradu programabilnih materijala.

Biljne stanice duhana pomiješali su sa želatinom i mikročesticama hidrogela koje su sadržavale Agrobacterium tumefaciens, bakteriju koja se koristi za prijenos segmenata DNK u biljne genome. Ispisom "konstruiranih živih biljnih materijala" (EPLM) u obliku lista s dvije različite biotinte - jednom koja stvara crveni pigment duž žilica, a drugom žuti pigment u ostatku lista - istraživači su pokazali da njihova tehnika može proizvesti složene, prostorno kontrolirane i multifunkcionalne strukture.

Takvi EPLM-ovi, koji kombiniraju osobine živih organizama sa stabilnošću i izdržljivošću neživih tvari, mogli bi se koristiti kao stanične tvornice za proizvodnju biljnih metabolita ili farmaceutskih proteina, pa čak i u održivoj gradnji, tvrde istraživači u radu koji objavljuje ACS Central Science.

Sustav zatvorene petlje za bolje kemoterapije

Potrebne doze kemoterapija uglavnom se izračunavaju na temelju jednadžbe iz 1916. godine, formulirane iz podataka o samo devet pacijenata. Ovo pojednostavljeno doziranje ne uzima u obzir brojne faktore i dovodi do toga da pacijenti primaju previše ili premalo lijeka. Kako bi doziranje kemoterapije bilo točnije, inženjeri MIT-a osmislili su alternativni pristup koji omogućava personalizaciju doziranja. Njihov sustav CLAUDIA (Closed-Loop Automated Drug Infusion RegulAtor) mjeri koliko je lijeka u pacijentovom sustavu, a ta se mjerenja unose u kontroler koji prilagođava brzinu infuzije.

Ovaj pristup, predstavljen u časopisu Med, mogao bi kompenzirati razlike u farmakokinetici lijekova uzrokovanih sastavom tijela, genetskom strukturom, kemoterapijom izazvanom toksičnošću organa koji metaboliziraju lijekove, interakcijama s drugim lijekovima koji se uzimaju i hranom koja se konzumira te cirkadijalnim fluktuacijama enzima odgovornih za razbijanje smanjiti lijekove za kemoterapiju, kažu istraživači.

Revolucionarno liječenje bez antibiotika

Britanski i australski istraživači zajedničkim su snagama razvili novi tretman za liječenje kroničnih rana koji umjesto antibiotika koristi ionizirani plin za aktiviranje obloga. Tretman uključuje plazma aktivaciju hidrogela koji se obično koristi u oblogama za rane s jedinstvenom mješavinom različitih kemijskih oksidansa koji učinkovito dekontaminiraju i pomažu zacjeljivanju kroničnih rana.

Istraživači Sveučilišta u Sheffieldu i Sveučilišta Južne Australije vjeruju da je nova metoda, opisana u časopisu Advanced Functional Materials, značajan napredak u borbi protiv patogena otpornih na antibiotike i da ima potencijal promijeniti liječenje dijabetičkih čireva na stopalima i unutarnjih rana.

U fokusu ove studije bili su dijabetički ulkusi na stopalima, ali ova se tehnologija može primijeniti na sve kronične rane i unutarnje infekcije. Jer, osim što ubijaju uobičajene bakterije (E. coli i P. aeruginosa) koje uzrokuju infekciju rana, istraživači kažu da hidrogelovi aktivirani plazmom pokreću imunološki sustav u tijelu koji može pomoći u borbi protiv infekcija.

Računalo nalik mozgu s vodom i soli

U potrazi za povećanjem energetske učinkovitosti konvencionalnih računala, znanstvenici su se dugo inspiraciju tražili u ljudskom mozgu. Razvili su računala nalik mozgu koja odstupaju od tradicionalne binarne obrade kako bi prihvatila analogne metode slične našim mozgovima. Međutim, dok naši mozgovi rade koristeći vodu i otopljene čestice soli, ione, većina trenutnih računala inspiriranih mozgom oslanja se na konvencionalne čvrste materijale.

No, sad su teorijski fizičari Sveučilišta Utrecht i eksperimentalni fizičari korejskog Sveučilišta Sogang uspjeli izgraditi umjetnu sinapsu. Ova sinapsa radi s vodom i soli te pruža prvi dokaz da sustav koji koristi isti medij kao i naš mozak može obraditi složene informacije, piše Proceedings of the National Academy of Sciences.

Zamišljeni računalni sustav koji ne samo da oponaša komunikacijske obrasce ljudskog mozga nego pritom koristi isti medij znatno je učinkovitiji od današnjih tehnologija no teško je reći hoće li i kada ova vizija korejskih fizičara otvoriti put računalnim sustavima koji vjerno ponavljaju izvanredne sposobnosti ljudskog mozga.

Baterija koja se puni za nekoliko sekundi

Na korejskom KAIST-u ne razmišljaju samo o računalima nego smišljaju i što efikasnije sustave za pohranu energije pa su tako razvili i revolucionarnu hibridnu natrij-ionsku bateriju velike snage i gustoće koja obećava brzo punjenje. Inovativni hibridni sustav, opisan u Energy Storage Materials, integrira anodne materijale koji se obično koriste u baterijama s katodama prikladnim za superkondenzatore. 

Ova kombinacija omogućuje uređaju i veliki kapacitet pohrane i brze stope punjenja i pražnjenja. Hibridna baterija postiže gustoću energije od 247 Wh/kg i gustoću snage od 34.748 W/kg i time prevladava trenutna ograničenja sustava za pohranu energije. Istraživači predviđaju široku primjenu ovih baterija u raznim elektroničkim uređajima, od električnih vozila do pametnih elektroničkih uređaja i u zrakoplovnim tehnologijama.

Slana baterija

Kineski istraživači sa Sveučilišta GuangXi i Poljoprivrednog sveučilišta Anhui stvorili su polupropusnu membranu koja stvara električnu energiju apsorbirajući osmotsku energiju iz gradijenata soli. Ova membrana značajno je povećala osmotsku energiju izvučenu iz gradijenata soli, poput onih pronađenih u estuarijima gdje se miješaju slatka i slana voda. 

Zahvaljujući tome prototip njihove "slane baterije", predstavljene u časopisu ACS Energy Letters, pokazuje dugoročne, dosljedne performanse pod vodom u spremniku za vodu oponašajući okolinu estuarija, postiže gustoću izlazne snage 2,34 puta veću od komercijalne RED membrane i zadržava performanse tijekom 16 dana neprekidnog rada. Istraživači tvrde i da njihova slojevita membrana pokazuje 1,57 puta veću ionsku vodljivost i 0,99 puta nižu otpornost od mješavine membrane pri niskim koncentracijama soli. 

Budućnost nosive tehnologije

Sve veća upotreba nosivih uređaja, od fitness narukvica do pametne odjeće, iziskuje i nove načine skladištenja energije. Iako učinkovite, tradicionalne baterije često nemaju fleksibilnost potrebnu za ove mekane elektroničke uređaje. Mikro superkondenzatori (MSC) pojavili su se kao obećavajuća alternativa zbog svoje velike gustoće snage, mogućnosti brzog punjenja i dugog životnog vijeka. Problem su elektrode koje se obično izrađuju od krhkih materijala. 

Korejski istraživači sa Sveučilišta za znanost i tehnologiju Pohang (POSTECH) i Korejskog instituta za industrijsku tehnologiju (KITECH), osmislili su inovativno rješenje temeljeno na laserskom uzorkovanju EGaIna i grafena na rastezljivoj podlozi izrađenoj od stiren-eten/butadien-stirenski blok-kopolimera (SEBS). Ova tehnika osigurava da temeljni SEBS supstrat ostane neoštećen, čuvajući ukupnu fleksibilnost uređaja. Površinski kapacitet ostaje nepromijenjen i nakon 1000 ciklusa istezanja, a rad ostaje stabilan pod različitim mehaničkim deformacijama, uključujući istezanje, savijanje, uvijanje i naboravanje. 

"Upotreba elektroda od tekućeg metala s laserskim uzorkom značajan je iskorak u razvoju istinski deformabilnih rješenja za pohranu energije", napisali su istraživači u časopisu npj Flexible Electronics, koji tvrde da "budućnost nosive tehnologije izgleda svjetlije i fleksibilnije nego prije".

Švicarska rješenja

Kako izraditi baterije visokih performansi zanimalo je i stručnjake švicarskog federalnog instituta za tehnologiju ETH Zurich i njihova dva spin-offa: i dok BTRY razvija baterije s čvrstim elektrolitom (solid-state) visokih performansi koje se mogu napuniti u jednoj minuti, 8inks radi na novom standardu proizvodnje. 

BTRY-ove baterije sastoje se od tankih slojeva i otporne su na temperaturne fluktuacije pa se mogu koristiti i na vrlo visokim i na vrlo niskim temperaturama. Baterije se izrađuju posebnom tehnikom premazivanja koja se izvorno koristila za proizvodnju poluvodiča i kojom se tanke ćelije postavljaju su jedna na drugu u vakuumu. Ova jedinstvena metoda omogućuje da se gotova baterija brzo napuni za otprilike jednu minutu. Nadalje, struktura baterije obećava životni vijek oko deset puta dulji nego kod konvencionalne baterije. Premazi su toliko tanki da je gotov proizvod, koji izgleda kao folija, tanji od dlake. 

8inks se pak izdvaja inovativnom proizvodnom tehnologijom "višeslojnog premaza", odnosno nanošenjem nekoliko tankih slojeva aktivnog materijala u kojem je pohranjen litij-ion. Ova tehnika može se prilagoditi različitim zahtjevima debljine i svojstava materijala pojedinačnih slojeva.

Obje tvrtke ne namjeravaju iseliti proizvodnju iz Švicarske i tamošnje "Vakuumske doline" St Gallen Rhine gdje se nalaz niz kompanija koje se bave vakuumskim tehnologijama, proizvodnjom poluvodiča i tehnikama premazivanja. 

Samoprobavljiva plastika

Istraživači Kalifornijskog sveučilišta u San Diegu (UCSD) osmislili su samoprobavljivu plastiku za koju kažu da pomaže u smanjenju onečišćenja i istovremeno ojačava samu plastiku. Tamošnji stručnjaci za nano i bioinženjerimg razvili su biorazgradivu verziju komercijalnog plastičnog poliuretana koji se često koristi u kućištima telefona, obući i dijelovima automobila, ali se trenutno ne može reciklirati pa uglavnom završava na otpadu. 

Detalji o plastici koja se počinje razgrađivati kad dođe u dodir s tlom opisani su u časopisu Nature Communications. Ukratko, istraživači su koristili spore bakterije Bacillus subtilis koja razgrađuje plastiku i genetski ih modificirali da toleriraju ekstremnu toplinu. Brza biorazgradnja plastike bila je potaknuta izlaganjem određenim hranjivim tvarima u kompostu, a više od 90% plastike biološki je razgrađeno u pet mjeseci. Spore su ujedno povećale žilavost plastike za oko 37% u usporedbi s termoplastičnim poliuretanima bez spora.

Fuzijski rekord za volframov tokamak

Istraživači Princetonovog laboratorija za fiziku plazme (PPPL) izmjerili su novi rekord za  fuzijski uređaj koji je iznutra obložen volframom, elementom koji bi mogao najbolje odgovarati komercijalnim strojevima potrebnim kako bi se fuzija učinila održivim izvorom energije. 

Uređaj je održavao vruću fuzijsku plazmu od približno 50 milijuna °C rekordnih šest minuta, 15% više energije i dvostruko veću gustoću nego prije. Rekord je postavljen u fuzijskom uređaju WEST kojim upravlja francuska Komisija za alternativne energije i atomsku energiju (CEA). 

Istraživači PPPL-a koristili su novi pristup za mjerenje nekoliko svojstava zračenja plazme. Njihov je pristup uključivao posebno prilagođeni detektor rendgenskih zraka koji je izvorno napravio proizvođač elektronike DECTRIS i kasnije je ugrađen u WEST tokamak. 

Prethodna verzija uređaja Tore Supra postigla je doduše nešto dužu reakciju, no tada je unutrašnjost stroja bila napravljena od grafitnih pločica. Ugljik, kažu, nije prikladan za reaktor velikih razmjera jer ima tendenciju zadržati gorivo u stijenci, dok je volfram koristan jer zadržava daleko manje goriva, a čak i ako male količine volframa dospiju u plazmu, zračenje iz volframa može brzo ohladiti plazmu. 

Sigurnija krema za sunčanje

Poznato je da konvencionalni sastojci za zaštitu od Sunca poput oksibenzona mogu oštetiti koraljne grebene i naškoditi ljudskom zdravlju. No, sad su imunolozi i morski ekolozi sa Stanforda slučajno došli do otkrića koji bi mogao promijeniti način na koji se štitimo od Sunčevih zraka. Ukratko, otkrili su bakteriofage koji odbijaju ultraljubičastu svjetlost i apsorbiraju valne duljine svjetlosti u rasponu koji oštećuje kožu.

Inženjeringom bakteriofaga dobili su inertne virusne kapside koje se mogu koristiti kao aktivni sastojci u kremama za sunčanje. Oni su biorazgradivi i dostupni u izobilju i, čini se, bolje rade svoj posao od konvencionalnih nanočestica koje se koriste u kremama za sunčanje i sjajno štite kožu od UV zraka.