Нанотехнологии

Ученые создали сверхлегкую краску, вдохновившись бабочками

Многими изобретениями мы обязаны животным, которые часто вдохновляли ученых. И похоже, что животный мир способен подсказать еще массу других идей для будущий изобретений. К примеру, в недавнем исследовании группа ученых из Университета центрально Флориды сообщила о том, что создала плазменную краску вдохновившись крыльями бабочек. Покрытие обладает энергосберегающими свойствами, так как не нагревается на солнце, а еще может служить столетиями и доступна в абсолютно любом цвете. Но и это еще не все покрытие обладает сверхмалым весом. Чтобы покрасить Боинг 747 достаточно всего 1,4 кг такой краски. Единственный ее минус заключается в том, что она была создана в лабораторных условиях и, судя по всему, в массовое производство поступит еще не скоро.

Плазменная краска что это такое?

Главная особенность данной краски заключается в том, что она не содержит пигмента. Цвет создается структурно за счет определенному расположению наночастиц. Именно в этом заключается схожесть с крыльями бабочек, у которых цвет крыльев образован не только пигментом, но и структурой чешуек, отражающих свет. Команда придумала называть такую краску плазменной.

Все существующие на сегодняшний день краски созданы на основе пигментов. То есть, чтобы создать тот или иной цвет, в них добавляют определенные молекулы. Как правило, такие молекулы синтезируют искусственно. Цвет зависит от электронных свойств этих молекул они определяют какой свет поглощает или отражает пигмент. Соответственно, для каждого цвета краски требуется свой пигмент или смесь пигментов.

Крылья бабочек и плазменная краска образуют цвет по одному и том уже принципу

В плазменной же краске независимо от цвета используются одни и те же наночастицы. Они выполнены из двух бесцветных материалов алюминия и его оксида. Размещая по разному эти наночастицы поверх алюминиевого зеркала, можно изменять то, как рассеивается, поглощается либо отражается свет. Проще говоря, можно получать любые цвета всего из двух бесцветных материалов.

Именно благодаря структурному цвету краска получается сверхлегкой чтобы получить сплошной цвет, ее не нужно наносить толстым слоем. Она позволяет получить насыщенный цвет при нанесении толщиной всего в 150 нанометров.

Уникальные свойства плазменной краски

Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Science Advances, краска обладает не только невероятной массой, но и способна сохранять окрашенные конструкции прохладными, даже если они подвергаются прямому воздействию солнечных лучей. Такой эффект плазменной краски обеспечивается за счет того, что она отражает весь инфракрасный спектр. Благодаря этому поглощает меньше тепла.

Металлические бабочки, окрашенные плазменной краской

По словам изобретателей краски, поверхности под ней остаются на 13-16 градусов по Цельсию холоднее, чем поверхности в таких же условиях, но покрытые любой другой краской. В настоящее время порядка 10% всей расходуемой электроэнергии в США потребляют кондиционеры. Поэтому использование данной краски позволит существенно сэкономить энергию.

Кроме того, ученые утверждают, что покрытие может служить веками, по крайней мере, теоретически. А еще можно быть уверенным на 100% в том, что краска никогда не выгорит и не изменит свой цвет. Обычная краска тускнеет, так как пигмент, который в ней содержится, теряет способность поглощать фотоны.

Напомним, что ранее ученые изобрели антикоррозионную краску из графена. Теоретически, если одну краску нанести поверх другой, то металлические конструкции действительно можно было бы защищать лакокрасочным покрытием на многие десятилетия или даже столетия.

Достаточно менее полутора килограммов плазменной краски, чтобы полностью покрасить Боинг 747

В чем сложность производства сверхлегкой краски

Сам по себе процесс изготовления плазменной краски несложный, и даже нанести ее тонким слоем не проблема. Однако важно, чтобы наночастицы были расположены на подложке определенным образом, обеспечивая поверхность тем или иным цветом. Для этого команда использовала электронно-лучевой испаритель, который действует на вещество потоком электронов. С его помощью они нагревали краску, и таким образом обеспечивали ее высыхание с точной контролируемой скоростью.

Благодаря контролируемому испарению, небольшие кластеры наночастиц слипаются друг с другом определенным образом. Такой эффект обеспечивается за счет того, что атомы алюминия притягивают друг друга. Изменяя давления и температуру электронно-лучевого испарителя, можно создавать различные цвета краски.

Если вы еще не подписаны на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ, обязательно переходите по ссылке. Здесь вам ждет множество увлекательных материалов о науке, технике и высоких технологиях.

Теперь дело осталось за малым масштабировать технологию изготовления и нанесения краски, чтобы ее можно было использовать не только в лабораторных условиях. В настоящее время ученые над этим работают. Напоследок напомним, что ранее ученые изобрели краску из наночастиц, только для нее использовали золото, и она обладала способностью изменять цвета.

Ученые создали чип, который умеет программировать клетки

Одно из самых важных достижений медицины за последние годы это использование стволовых клеток для лечения человеческих болезней. Этот тип клеток в человеческом организме большом количестве имеется только на стадии эмбриона. Они способны превращаться в клетки разных тканей, поэтому в период развития из них создаются органы человека. С возрастом их становится все меньше, человеческий организм перестает восстанавливаться, стареет и умирает. Но вот уже несколько лет ученые создают стволовые клетки из уже сформировавшихся тканей, используя для этого самые высокие технологии. Этот процесс сложен и опасен тем, что в ходе процесса могут возникнуть раковые клетки. Но недавно американские ученые разработали чип, который программирует живые клетки на выполнение других функций. Стадия стволовой клетки минуется, побочных эффектов нет, но результат оказывается таким же.

Как создаются стволовые клетки?

У человека есть несколько естественных источников стволовых клеток: костный мозг, жировая ткань, а также кровь из пуповины. Сегодня некоторые родители платят деньги за то, чтобы у их детей взяли образцы пуповинной крови для консервации. Таким образом они обеспечивают отпрыскам возможность использовать содержащиеся в этой крови стволовые клетки для лечения возможных заболеваний в будущем. К сожалению, на сегодняшний день это довольно новая технология и сведений об успешном использовании пуповинной крови нет.

Стволовые клетки могут спасти жизнь, но их создание очень дорогая услуга

Зато ученые уже применяют на деле стволовые клетки, созданные в лабораторных условиях. В ходе этого процесса ученые берут образцы уже сформированных клеток из глубоких слоев кожи. Они помещаются в оборудование для программирования клеток при помощи языка Cello. Отличие от обычного программирования в этом случае заключается лишь в том, что вместо числовых данных исследователи работают с входящими в состав ДНК нуклеиновыми кислотами. Внося в них новые данные, ученые подвергают сформированные обратному развитию и превращают в стволовые.

При использовании стволовых клеток могут возникнуть серьезные побочные эффекты

Весь этот процесс занимает довольно много времени и обходится пациентам в круглые суммы. Вдобавок к этому, в процессе изменения генетических данных могут развиться раковые заболевания.

Читайте также: Что такое стволовые клетки и зачем они нужны?

Чип для лечения людей от опасных болезней

Чтобы решить эту проблему, недавно ученые из Медицинской школы Университета Индианы создали чип, который способен самостоятельно перепрограммировать клетки для выполнения других задач. На одной стороне чипа имеются крошечные иглы, а на другой прямоугольный контейнер с генетическими данными. Под воздействием электричества, новая генетическая информация проникает в клетки под чипом и заставляет выполнять другие функции. В общем, из обычных клеток кожи можно сделать кровеносные сосуды, нервные клетки и так далее.

3D-изображение созданного чипа

Автор научной работы Чандан Сен (Chandan Sen) предлагает следующий способ применения новой технологии. Допустим, человек попал в дорожную аварию и получил серьезные травмы. Его кровеносные сосуды были сильно повреждены и к некоторым органам перестала поступать кровь. В этом случае врачи смогут вставить чип, создать из уцелевших клеток кожи кровеносные сосуды и вылечить человека. Такой метод лучше донорства, потому что ткани создаются из родных для человека материалов вероятность отторжения и возникновения последующих проблем минимальна.

Вариант расположения чипа на теле человека

По данным издания New Atlas, технология разрабатывалась на протяжении пяти лет. Сегодня ученые уже готовы вывести созданный чип из стадии прототипа и заняться тестированием финальной версии на людях. Только вот для этого им нужно дождаться разрешения от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA). Когда устройство можно будет использовать в клинических условиях, ученые надеются при помощи него лечить повреждения головного мозга, повреждения нервов и другие серьезные заболевания.

Видео с описанием технологии

Многие люди очень боятся слова чипирование, но ученые с каждым годом используют чипы для лечения болезней. Относительно недавно я рассказывал о том, как чип на поверхности головного мозга позволит парализованному человеку снова начать говорить. Подробности читайте по этой ссылке.

Последние комментарии