Услышать молекулы

30.01.2019

Ультразвуковые технологии широко используются людьми в течение нескольких десятилетий, обеспечивая неразрушающий контроль технологических процессов, позволяя медикам увидеть внутренние органы человека без необходимости хирургического вмешательства и т.п. Вполне естественно, что с увеличением общего уровня развития современных технологий, ультразвуковые технологии так же становятся более совершенными, чувствительными и функциональными. И то, чего удалось добиться исследователям из университета Квинсленда, можно охарактеризовать фразой "достижение совершенства", разработанное ими ультразвуковое устройство имеет столь высокую чувствительность, что оно способно "услышать" колебания отдельных молекул воздуха или же перемещения отдельных живых клеток, в том числе и бактерий.

В традиционных ультразвуковых технологиях излучатель и приемник изготовлены из кристаллов пьезоэлектрических материалов. Эти материалы, как известно, начинают вибрировать при подаче на них электрического тока, создавая звуковые колебания, частота которых находится за пределами чувствительности человеческого уха. Ультразвуковые волны, пройдя сквозь воздух или воду, отражаются от более твердых поверхностей и возвращаются к приемнику, где происходит обратное преобразование механических колебаний в электрический сигнал. Вычислительные устройства могут расшифровать информацию, заключенную во времени задержки прибытия отраженных волн, их форме, фазе и построить на основе этой информации достаточно четкое изображение.

Естественно, у ультразвуковых технологий имеются свои пределы возможностей, определенные чувствительностью и другими параметрами используемой техники. Поэтому исследователям из Квинсленда пришлось использовать нетрадиционный подход для получения повышенной чувствительности их устройства. А устройство, собственно, представляет собой кварцевый диск, диаметров 148 микрон и толщиной в 1.8 микрона, помещенный поверх структуры полупроводникового лазера. Поскольку звуковые колебания воздействуют на материал диска в различных точках по-разному, это приводит к возникновению крошечных деформаций, значения которых считываются при помощи лазера и что используется впоследствии для построения более высококачественных изображений.

Этот новый ультразвуковой датчик минимум в сто раз более чувствителен, чем любой существующий из современных высокоточных датчиков. Он позволяет измерять искажения ультразвуковых волн, вызванных воздействием очень слабых сил, таких, как силы гравитации, тянущие вниз одну молекулу. Другими словами, этот датчик может услышать колебания отдельных молекул или "отзвуки" процессов, происходящих внутри отдельных живых клеток.

<< Назад: Убирать за собакой на улице станет проще 30.01.2019

>> Вперед: Умный дверной замок US:E 29.01.2019

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Глюкозамин и когнитивные нарушения 16.10.2026

С возрастом нарушения памяти и мышления становятся все более распространенной проблемой, однако причины того, почему у одних людей легкие когнитивные изменения остаются стабильными, а у других со временем перерастают в деменцию, до сих пор изучены не полностью. Новая работа исследователей Университета Флориды в США указывает на возможную связь одного из широко используемых пищевых добавок с таким переходом. Речь идет о глюкозамине, который обычно принимают для уменьшения дискомфорта в суставах и поддержания их здоровья. Специалисты проанализировали обезличенные медицинские записи UF Health, охватывающие период с 2012 по 2024 год. С помощью искусственного интеллекта они изучили информацию о пациентах с болезнью Альцгеймера и другими связанными с ней деменциями, а также о людях с легкими когнитивными нарушениями. Последние характеризуются заметными проблемами с памятью или мышлением, которые уже выходят за рамки обычных возрастных изменений, но при этом еще не обязательно существенно ...>>

Звук на квантовом уровне меняется скачками, а не постепенно 16.10.2026

В привычном мире звуковые колебания затухают постепенно: струна после щипка вибрирует все слабее, а звон постепенно превращается в тишину. На уровне квантовой физики картина оказывается совершенно иной. Здесь энергия звука существует отдельными порциями, и переход между состояниями может происходить скачкообразно. Исследователи из Стэнфордского университета впервые смогли непосредственно наблюдать такой процесс в реальном времени, зафиксировав квантовые скачки отдельных звуковых частиц. Речь идет о фононах - квантовых порциях механических колебаний, которые можно рассматривать как своеобразный аналог фотонов для звуковых волн. В макроскопическом мире энергия вибрации может уменьшаться практически непрерывно, однако на квантовом уровне такое описание перестает работать. Энергетическое состояние системы изменяется дискретно, переходя с одного уровня на другой. Результаты стэнфордского эксперимента были опубликованы в журнале Science. Чтобы зафиксировать столь быстрый и чувствительн ...>>

Мизофония может иметь выраженную генетическую основу 15.10.2026

Для большинства людей звук жевания, дыхания или сопения остается практически незаметной частью повседневной жизни. Однако у людей с мизофонией такие совершенно обычные звуки способны вызывать мгновенную и крайне сильную негативную реакцию. Причины этого состояния до сих пор изучены недостаточно, однако новое исследование указывает на важную роль наследственности. Полученные данные свидетельствуют о том, что предрасположенность к мизофонии может иметь глубокую генетическую основу. Исследованием занималась команда Медицинской школы Йельского университета, сосредоточившая внимание на семейной истории людей с этим расстройством. В отличие от ряда предыдущих работ, проводившихся преимущественно с помощью дистанционных опросов, на этот раз специалисты непосредственно обследовали 101 человека с мизофонией и членов их семей. Такой подход позволил исследователям оценить не только распространенность состояния среди родственников, но и возможные связи с другими особенностями психического здоро ...>>

Запись магнитных данных с помощью сверхбыстрых лазерных импульсов 15.10.2026

Системы хранения данных постоянно сталкиваются с необходимостью одновременно увеличивать скорость записи, плотность информации и энергоэффективность. Один из возможных путей решения этой задачи связан с использованием света для управления магнитными состояниями материала. Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали метод, в котором специально сформированные лазерные импульсы позволяют изменять направление намагниченности, открывая перспективу создания более быстрых и компактных магнитных устройств памяти. Главное отличие нового подхода заключается в том, что исследователи управляют не составом магнитного материала, а характеристиками самого лазерного излучения. Ультрабыстрый лазер концентрирует энергию на микроскопическом участке поверхности. Когда диаметр светового пятна становится меньше 1,36 мкм, специалистам удается переключать направление намагниченности независимо от спиральности света, то есть направления вращения его поляризации. Это позволяет отказаться от ...>>

Биокаталитический способ получения хиральных оксазолидинонов 14.10.2026

Химия все чаще обращается к биологическим молекулам, чтобы сделать синтез сложных веществ более точным и эффективным. Особенно важны такие технологии при создании соединений, у которых одинаковый химический состав может сопровождаться разным пространственным расположением атомов и, следовательно, различными свойствами. Исследователи из Калифорнийского технологического института и Университета Питтсбурга предложили новый биокаталитический подход, позволяющий получать хиральные оксазолидиноны непосредственно из простых неактивированных алкенов. В основе предложенного метода лежит последовательность из двух реакций - азиридинирования и последующего расширения цикла. Этот каскад запускается с помощью гемопротеина, который выполняет функцию катализатора и позволяет направлять химическое превращение в нужную сторону. В результате из относительно простого исходного соединения формируется более сложная циклическая структура с заданной пространственной конфигурацией. Особенно существенным ...>>

Случайная новость из Архива Мысль управляет генами 20.11.2014 Представьте, что у вас началась простуда: вы чихаете, кашляете, поминутно измеряете температуру. И вот вы думаете, что хорошо бы повысить активность иммунитета, чтобы он поскорее изгнал из вас инфекцию. И вдруг в ответ на такие размышления у вас действительно активируется иммунитет: усиливается синтез интерферона, иммунные клетки начинают активнее охотиться за патогеном и т. д. Звучит фантастически, но именно это удалось сделать Мартину Фуссенеггеру (Martin Fussenegger) и его коллегам из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Швейцария) - исследователи создали устройство, превращающее мозговые импульсы в генетические регуляторные сигналы. Причем передача мыслей осуществлялась между человеком и мышью, то есть человек о чем-то думал, а физиологические изменения происходили у животного. Впрочем, если разобрать описанное в Nature Communications устройство на составные части, окажется, что ничего сверхфантастического в нем нет - авторы работы в своих экспериментах просто скомбинировали хорошо известные и хорошо разработанные биотехнологические находки. Во-первых, это нейрокомпьютерный интерфейс (BCI, brain-computer interface), во-вторых, оптогенетические методы. С помощью нейрокомпьютерного интерфейса можно было превращать ЭЭГ-ритмы мозга в какой-нибудь сигнал направленный вовне, предназначенный внешнему устройству. Человеку на лоб прикрепляли ЭЭГ-сенсор, а самого его просили выполнить одно из трех заданий: десять минут поиграть в компьютерную игру; попытаться волевым усилием включить светодиод, имплантированный в мышь; наконец, он мог просто отдохнуть, помечтать о чем угодно или помедитировать. Во всех трех случаях мозг давал довольно специальные сигналы, которые с помощью Bluetooth передавали на устройство, вживленное мыши. Животное свободно бегало по поверхности, генерирующей электромагнитное поле, и вот в зависимости от человеческого ментального состояния от поверхности в имплантат-приемник шел некий импульс. Сам имплантат представлял собой ячейку с клетками, синтезирующими некий белок, который мог выходить из имплантата и активировать синтез интерферона. Клетки были оптогенетически модифицированы, то есть несли в себе фотобелок, реагирующий на световой импульс определенной длины волны. Световой импульс включал фоторецептор, а он уже подавал сигнал к синтезу белка, включающего в мыши синтез интерферона. То есть ментальный сигнал в буквальном смысле включал свет в имплантате, снабженном специальным светодиодом. Причем в одном из вариантов опыта, как было сказано выше, человек мог сам следить за состоянием имплантата и целенаправленно включать его нейропсихологическим усилием. Надо сказать, что нейрокомпьютерные интерфейсы, передающие сигналы мозга на различные устройства, активно используются в самых разных проектах (и активнее всего, разумеется, при разработке протезов, которыми можно управлять силой мысли). Однако послать сигнал от них на клеточно-молекулярный аппарат, чтобы активировать какие-то гены и повлиять на физиологию - до сих пор подобных прецедентов не было. Легко представить такое устройство, которое, к примеру, избавляло бы самого человека от хронической боли в ответ на начинающиеся болевые сигналы, или же прекращало эпилептический припадок при первых его признаках. Правда, до этого предстоит выполнить еще много экспериментов, чтобы сделать технологию совместимой с организмом человека.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026