U revolucionarnom pothvatu znanstvenici Sveučilišta u Rochesteru uspješno su prenijeli gen dugovječnosti s golih krtica na miševe, što je dovelo do poboljšanog zdravlja i duljeg životnog vijeka miševa. Gole krtice ili golokrtičasti štakori, poznate su po dugom životnom vijeku i iznimnoj otpornosti na bolesti povezanih sa starenjem. Ove životinje naime mogu živjeti 40 godina, gotovo deset puta duže od drugih glodavaca slične veličine, a za razliku od mnogih drugih vrsta rijetko obolijevaju od neurodegeneracije, kardiovaskularnih bolesti, artritisa i raka. 

"Naša studija pruža dokaz načela da se jedinstveni mehanizmi dugovječnosti razvijeni u nekim vrstama sisavaca mogu izvoziti kako bi se produžio životni vijek drugih sisavaca", kažu istraživači koji su rezultate svog rada objavili u časopisu Nature.  

Presađivanje gena odgovornog za stvaranje hijaluronske kiseline visoke molekularne težine (HMW-HA) dovelo do poboljšanja zdravlja, a srednji životni vijek miševa povećao se približno 4,4 posto. Uvođenjem specifičnog gena odgovornog za poboljšani popravak i zaštitu stanica u miševe otključavaju se i tajne starenja i produljenja ljudskog vijeka. Istraživači vjeruju da to mogu postići na dva načina: ili usporavanjem razgradnje HMW-HA ili povećanjem sinteze HMW-HA.

Punjiva revolucija

Vrijeme je da se preispita tehnologija baterija, inzistiraju istraživači Laboratorija za tanke filmove i fotonapon Švicarskog saveznog instituta za znanost i tehnologiju materijala EMPA   koji nam predstavljaju čvrstu bateriju na bazi litija koja se može puniti i prazniti unutar jedne minute, traje oko deset puta dulje od litij-ionske baterije i neosjetljiva je na temperaturu fluktuacije. Uz to, za razliku od litij-ionskih baterija, ova nije zapaljiva. Štoviše, kažu švicarski istraživači u članku koji objavljuje Communications Chemistry, prerežete li je škarama, dobit ćete dvije, upola manje dobre baterije.

Tehnologija izrade tankoslojnih baterija s čvrstim elektrolitom (solid-state) nije nova: takve baterije poznate su od osamdesetih. Međutim, zbog vrlo male mase njihovih komponenti, cijela ćelija je debela samo nekoliko mikrometara, do sada su mogle pohraniti vrlo malo energije. Istraživači su sad uspjeli su naslagati tankoslojne ćelije jednu na drugu, povećavajući njihov kapacitet.

Visokoprecizna proizvodna metoda ne koristi toksična otapala. To poskupljuje njihovu proizvodnju, ali bi se unatoč tome mogle koristiti u proizvodima u kojima baterija čini samo mali dio ukupne cijene uređaja, poput pametnih telefona i satovima ili u satelitima. Istraživači sad žele povećati površinu baterije i broj nanesenih slojeva.

Baterije za dvostruku upotrebu

A kad smo već kod baterija, istraživači Sveučilišta Tsinghua razvili su hibridnu bateriju koja ne samo da skladišti energiju, nego proizvodi i vrijedne kemikalije poput furfuril alkohola i furoične kiseline. Sustav dvostruke namjene kombinira značajke punjivih i redoks protočnih baterija, koristeći specijalizirane katalizatore za transformaciju furfurala dobivenog iz biomase u korisne kemikalije dok se baterija puni ili prazni.

Nova hibridna baterija, opisana u Angewandte Chemie, usporediva je s nizom uobičajenih baterija što se tiče gustoće energije i snage, ali istovremeno stvara i dodanu vrijednost. Pri pohranjivanju 1 kWh energije nastaje 0,7 kg furfuril alkohola, a 1 kg furoinske kiseline kad sustav daje snagu od 0,5 kWh, na kojoj hladnjak može raditi nekoliko sati. 

'Kapljičasta baterija' za bio-integrirane uređaje

Vijesti o baterijama nikad dosta. Istraživači Sveučilišta u Oxfordu napravili su tako značajan iskorak prema realizaciji minijaturnih bio-integriranih uređaja koji mogu izravno stimulirati stanice. Takvi uređaji mogli bi imati važne terapeutske primjene, uključujući isporuku ciljanih terapija lijekovima i ubrzanje zacjeljivanja rana. Uređaj se napaja minijaturnim izvorom energije koji može promijeniti aktivnost uzgojenih ljudskih živčanih stanica. Inspiriran načinom na koji električne jegulje generiraju električnu energiju, uređaj koristi unutarnje ionske gradijente za generiranje energije.

Izvor energije uključuje se hlađenjem strukture na 4°C i promjenom okolnog medija. U studiji, objavljenoj u časopisu Nature, aktivirani izvor energije proizveo je struju koja je trajala više od 30 minuta. Maksimalna izlazna snaga jedinice napravljene od kapljica od 50 nanolitara bila je oko 65 nanowata (nW). 

Modularni dizajn uređaja omogućuje kombiniranje više jedinica kako bi se povećao generirani napon i/ili struja. To bi moglo otvoriti vrata pokretanju nosivih uređaja sljedeće generacije, biohibridnih sučelja, implantata, sintetičkih tkiva i mikrorobota. A automatizacijom proizvodnje uređaja korištenjem kapljičnog pisača mogle bi se proizvesti kapljične mreže sastavljene od tisuća jedinica.

Brže punjenje električnih vozila

A da ne pomislite da su baterijske vijesti presahnule, recimo i da su se britanski i američki istraživači predvođeni Sveučilištem Queen Mary u Londonu dosjetili kako spriječiti taloženje litija u baterijama električnih vozila i o tome izvijestili u časopisu Nature Communications.  

Taloženje se događa se kad se ioni litija nakupljaju na površini negativne elektrode, što može oštetiti bateriju, skratiti njezin životni vijek i uzrokovati kratke spojeve koji mogu dovesti do požara i eksplozija. To se, otkrili su istraživači uz pomoć 3D baterijskog modela, može znatno ublažiti optimizacijom mikrostrukture grafitne negativne elektrode. Osim što se sprečavanjem taloženja litija ubrzava punjenje baterije, studija je također otkrila da pročišćavanje mikrostrukture grafitne elektrode može poboljšati i gustoću energije baterije. To znači da bi električni automobili mogli putovati dalje s jednim punjenjem. 

Supravodljivi uređaj smanjuje potrošnju računala

Znanstvenici s MIT-a stvorili su jednostavan supravodljivi uređaj koji bi mogao prenositi struju kroz elektroničke uređaje mnogo učinkovitije nego što je to danas moguće. Nova dioda, neka vrsta prekidača predstavljena u časopisima Physical Review Letters i Physics Magazine, mogla bi dramatično smanjiti količinu energije koja se koristi u računalnim sustavima velike snage. 

Nanoskopska pravokutna dioda, oko 1000 puta tanja od promjera ljudske vlasi, lako je skalabilna pa bi se milijuni njih mogli proizvesti na jednoj jedinoj silikonskoj pločici. Iako je još u ranim fazama razvoja, dioda je pokazala više nego dvostruko učinkovitijom od sličnih uređaja i mogla bi, nadaju se istraživači, postati dio novih kvantnih računalnih tehnologija.

Uređaj koji prepoznaje znakove Alzheimera u snu

Istraživači Medicinskog kampusa Sveučilišta Colorado Anschutz i Sveučilišta Washington u St. Louisu otkrili su metodu procjene moždane aktivnosti tijekom spavanja, povezanu s početnim fazama Alzheimerove bolesti, koja se često manifestira puno prije pojave simptoma demencije. Ovaj digitalni biomarker, predstavljen u u časopisu Alzheimer's & Dementia, koristi EEG tehnologiju i snimke snimljene pomoću jednostavnih uređaja s trakama za glavu, kako bi identificirao obrasce moždanih valova povezanih s reaktivacijom pamćenja tijekom dubokog sna, ključnog dijela sustava za obradu pamćenja.

Istraživači kažu da je ovo uzbudljiv iskorak prema korištenju nosivih uređaja kao digitalnih biomarkera za otkrivanje bolesti. Ovim radom oni su, kažu, samo zagrebli po površini, utirući put pristupačnim i jednostavnim uređajima za praćenje zdravlja mozga. Ovo je zapravo dokaz načela da se moždani valovi tijekom sna mogu pretvoriti u digitalne biomarkere, a na inženjerima je da usavrše proces.

Trikoder iz stvarnog života

Kanadski i meksički znanstvenici sa Sveučilišta Northwestern i Swift Medicala razvili su džepni uređaj Swift Ray 1 koji se povezuje s pametnim telefonom ili tabletom s instaliranim Swift Skin and Wound softverom i liječnicima otkriva je li rana upaljena ili inficirana, poput medicinskog trikordera iz Zvjezdanih staza.

Uređaj opisan u Frontiers in Medicine hvata toplinu koju stvara rana i bilježi fluorescenciju bakterija. Koristeći normalne fotografije, infracrvene slike i slike koje tjeraju bakterije da fluoresciraju on tri različita stanja rane identificira s ukupnom točnošću od 74%, a neinficirane i inficirane rane razlikuje točnošću između 91% i 100%. 

Injekcija imitira kognitivne prednosti tjelovježbe

Pretklinička ispitivanja Sveučilišta Queensland otkrila su da injekcija specifičnog faktora krvi može ponoviti dobrobiti vježbanja u mozgu. Istraživači tamošnjeg Instituta za mozak uočili su da trombociti, sićušne krvne stanice ključne za zgrušavanje krvi, izlučuju protein koji pomlađuje neurone kod starih miševa na sličan način kao i tjelesne vježbe. Ovo otkriće imat će, kažu, značajne implikacije na razvoj lijekova namijenjenih ljudima sa zdravstvenim problemima, problemima s pokretljivošću ili onima starije dobi kojima vježbanje nije moguće.

"Važno je napomenuti da ovo nije zamjena za tjelovježbu, ali bi moglo pomoći vrlo starijim osobama ili nekome tko je imao ozljedu mozga ili moždani udar", zaključuju autori studije objavljene u časopisu Nature Communications.

Svjetlije i učinkovitije LED-ice

Velike su šanse da zaslon s kojeg čitate svijetli zahvaljujući LED-icama koje emitiraju svjetlost. Ova široko rasprostranjena tehnologija pruža energetski učinkovitu unutarnju rasvjetu i sve više osvjetljava naše računalne monitore, televizore i zaslone pametnih telefona, ali zahtijeva relativno naporan i skup proces proizvodnje.

U nadi da će riješiti ovaj nedostatak, istraživači sa Stanforda testirali su metodu koja je povećala svjetlinu i učinkovitost perovskitnih LED-ica (PeLED), jeftinije alternative koju je lakše napraviti. Nažalost, njihova su poboljšanja izazvala gašenje svjetla u roku od nekoliko minuta. Inženjeri sad rade na tome da seublaži vremenska degradacija i zadrži učinkovitost PeLED-ica. Uspiju li u tome, kažu u zaključku rada koji objavljuje Science Direct, uskoro bismo mogli dobiti i jeftinije, svjetlije i dugotrajnije LED-ice.

Novo staklo vrhunske čvrstoće

Kineski i njemački istraživači zajedničkim su snagama uspjeli izraditi oksidno staklo neviđene žilavosti. Oni su pod visokim tlakom i visokim temperaturama uspjeli parakristalizirati aluminosilikatno staklo čije kristalne strukture izdržavaju vrlo velika opterećenja. Parakristalizacija, odrađena u Bavarskom istraživačkom institutu za eksperimentalnu geokemiju i geofiziku (BGI) Sveučilišta u Bayreuthu, pokazala su obećavajućim postupkom za proizvodnju stakala iznimno otpornih na lomljenje.

Novi pristup, predstavljen u časopisu Nature Materials, počinje s oksidnim staklima nesređene unutarnje strukture kojima je dodan aluminosilikat koji sadrži silicij, aluminij, bor i kisik. Pri tlaku između 10 i 15 gigapaskala i temperaturi od oko 1000 Celzijevih stupnjeva, atomi silicija, aluminija, bora i kisika grupiraju se u parakristalne, nepravilne strukture nalik kristalima. 

Penetracija stakla s ovim strukturama rezultira višestruko većom, dosad nezabilježenom žilavošću oksidnog stakla koja ne utječe ozbiljno na njegovu prozirnost. Sile koje na staklo djeluju izvana i koje bi inače dovele do loma ili unutarnjih pukotina, sada su prvenstveno usmjerene na parakristalne strukture. One rastvaraju područja tih struktura i pretvaraju ih u amorfno, slučajno stanje. Tako staklo dobiva veću unutarnju plastičnost, ne lomi i ne puca pod utjecajem sila.

Niska cijena, visoka učinkovitost, više boja

Istraživači Korejskog instituta za znanost o materijalima (KIMS)  izradili su prvu prozirnu tankoslojnu solarnu ćeliju na fleksibilnoj podlozi koja prikazuje različite reflektirajuće boje i pritom ne smanjuje značajno učinkovitost solarne ćelije. Oni su formirali višeslojne tanke filmove s različitim indeksima loma kroz periodične vodikove reakcije dok su taložili tanke slojeve cinkovog oksida pomoću metode vakuumskog raspršivanja koja se koristi u procesima proizvodnje poluvodiča i solarnih ćelija. 

Podešavanjem debljine višeslojnog tankog filma dobili su tri osnovne boje svjetlosti. Reflektirajuća boja implementirana je kao optički filtar pa se može primijeniti i u senzorima, fotolitografskim maskama i infracrvenoj zaštiti. Uz to, ovo bi se rješenje moglo koristiti za poboljšanje estetike prozirnih tankoslojnih solarnih ćelija s fleksibilnim supstratom za BIPV (integriranu fotovoltaiku u zgradama) i VIPV (integriranu fotonaponsku energiju u vozilima).