электричество

Подписчиков:

Постов:

454

РЕАКТОРДЖОЙ

электричествотехника безопасностилестницапесочницабаянометр молчалазиаты

Wizuki

биологиянаукагенная инженерияинсулинэлектричествоРеактор познавательный

Биологи научились контролировать гены электричеством

Швейцарские ученые смогли внести в клетки человека генетические модификации, благодаря которым определенные гены стало возможно избирательно включать с помощью слабого тока. Концепцию удалось подтвердить и в экспериментах на животных, запуская у них производство инсулина простым нажатием переключателя. Авторы, статья которых опубликована в журнале Nature Metabolism, надеются, что их разработка поможет в создании медицинских имплантов для генной терапии.

В самом деле, сегодня врачи и пациенты сплошь и рядом прибегают к использованию компактных электронных имплантов, которые помогают отслеживать сердцебиение или уровень глюкозы в крови. Устройства, активно корректирующие состояние организма, встречаются намного реже, и до сих пор нет ни одного, которое помогало бы в генной терапии — новейшем подходе к лечению болезней за счет внесения точечных изменений в геном соматических определенных клеток.

Проблема в том, что генетика и электроника — вещи крайне далекие друг от друга, и регуляция активности генов производится биохимическими сигналами и инструментами. Восполнить пробел между ними может концепт, разработанный командой Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich), — методика, которую авторы назвали DART (DC-Actuated Regulation Technology, «Технология регуляции (генов) постоянным током»).

Система опирается на тот факт, что слабый ток приносит в клетку свободные электроны, что, в свою очередь, приводит к увеличению концентрации реактивных форм кислорода (ROS), таких как пероксид. В клетке уже есть целый набор белков, способных служить естественными детекторами таких радикалов, включая KEAP1, который участвует в подавлении опухолей. Заметив накопление реактивного кислорода, KEAP1 высвобождает сигнальный протеин NRF2, тот проникает в клеточное ядро и запускает ряд антиоксидантных и противовоспалительных механизмов.

Первые эксперименты показали, что слабый (4,5 вольта) постоянный ток не создает достаточно ROS, чтобы активировать систему KEAP1/NRF2. Поэтому ученые модифицировали клетки, внеся в них дополнительные гены KEAP1/NRF2, а также изменив промоторы — участки ДНК, запускающие работу того или иного гена — на которые воздействует NRF2. Такие клетки «в пробирке» уже реагировали на действие тока, включая ген инсулина, который управлялся соответствующими промоторами.

N
Acupuncture needle electrode:
Acupuncture
needles,биология,наука,генная инженерия,инсулин,электричество,Реактор познавательный

ГМ-клетки в лабораторных мышах активировались через электроды, связанные с тремя обычными батарейками АА

Работоспособность технологии DART подтвердили и следующие опыты на лабораторных животных. Ученые взяли модельную линию мышей, предназначенных для исследований диабета первого типа, поместили производящие инсулин ГМ-клетки в капсулы и внесли их в организм грызунов. Клетки стимулировали электрическим током разной силы и продолжительности, отслеживая концентрацию глюкозы в крови животных.

В итоге исследователи обнаружили, что синтез инсулина (а в результате и уровень сахара, который контролирует этот гормон) коррелировал с силой и временем включения «генно-электрического» интерфейса DART. Фактически несколько таких включений производили эффект, аналогичный нескольким уколам инсулина в сутки, которые требуются сегодня многим больным диабетом. Возможно, в будущем генная терапия, дополненная DART-имплантами, избавит их от этой мучительной процедуры. Достаточно будет датчика глюкозы, ГМ-клеток и обычной батарейки, которая «включит» их гены электричеством.

Статья спизжена отсюда

Wizuki

электричествобетонцементРеактор познавательный

Физики сделали электрическую батарею из бетона

Добавление угля превратило цемент в проводник, из которого можно сделать накопитель энергии. Если новую технологию удастся масштабировать, то в будущем дома и дороги смогут хранить электричество в собственном фундаменте, питая бытовые приборы и электромобили.

,электричество,бетон,цемент,Реактор познавательный

Основа бетона — цемент — сам по себе крайне плохо проводит электричество. Однако ученые из Массачусетского технологического института (MIT) нашли способ сделать его проводником, смешав с техническим углеродом. Полученный материал можно использовать для создания ионисторов — эффективных накопителей заряда. Это удалось продемонстрировать, запитав от такой «бетонной батареи» обычную лампочку. Статья Франка-Йозефа Ульма (Franz-Josef Ulm) и его коллег опубликована в журнале PNAS.

Ионисторы (суперконденсаторы) — простые и эффективные устройства, занимающие среднее положение между конденсаторами и химическими аккумуляторами. Как у конденсаторов, у ионисторов имеются проводящие электроды — «обкладки». Как у аккумуляторов, пространство между ними заполняет проводящий электролит, разделенный проницаемой для ионов мембраной. Подача напряжения на электроды позволяет накапливать заряды, разделяя их по разные стороны мембраны. При этом использование негорючих электролитов делает такую систему весьма безопасной.

Инженеры и физики постоянно пытаются интегрировать ионисторы в различные структурные материалы, включая бетон. Новое решение этой задачи нашла команда из MIT. Авторы исследования смешали цемент с тремя-четырьмя процентами технического углерода (мелкая графитовая пыль) и добавили воду. Сам цемент хорошо взаимодействует с водой, а вот углерод гидрофобен, поэтому он формирует сгустки и нити. Таким образом внутри затвердевшей структуры образовалась проводящая сеть.

Из пары блоков такого материала можно сделать электроды: ученые поместили между ними мембраны, добавили электролит (хлорид калия), получив небольшой, размером примерно с пуговицу, ионистор. Далее Ульм и его коллеги продемонстрировали, что устройство работает, успешно запитав от него светодиод. Ученые подсчитали, что емкости такой «бетонной батарейки» достаточно, чтобы в фундаменте типичного частного дома (для США — средним объемом 45 кубометров) можно было накопить до 10 киловатт-час, чего хватит для обитателей этого дома на целый день.

Особенно важно то, что для получения «бетонной батарейки» используют дешевые, широко распространенные материалы, известные с глубокой древности. Эти процессы легко сочетать с уже существующим производством бетонных изделий. Если новый подход удастся масштабировать, то в накопители энергии можно превратить почти любые строительные сооружения, включая заряжающие дороги для электромобилей и накапливающие энергию фундаменты для ветряков. Недаром Ульм с соавторами уже запатентовал свою технологию.

Статья спизжена отсюда