29 ноября 2020, воскресенье, 13:28
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

24 июля 2012, 12:57

Новости бионики

Морская губка. Источник:http://arstechnica.com
Морская губка. Источник:http://arstechnica.com

Прыжок в будущее

Одновременно с развитием современных материалов, ученые не перестают исследовать материалы, данные нам самой природой. Зачастую решение современных проблем было придумано эволюцией миллионы лет назад. Среди последних «муз», которые навели ученых на важные открытия, много представителей водной стихии.

Губки для электроники

Ученые применили методы генной инженерии. чтобы создать белки, которые можно использовать в производстве электроники: получать двуокись кремния и двуокись титана, активно применяющиеся в комьютерных чипах и солнечных батареях.

Некоторые виды морских губок вырабатывают белки, отвечающие за создание кремния. Традиционная генная инженерия прививает бактерии чужеродный ген, отвечающий за выработку конкретного белка и использует бактерию как «фабрику» по производству этого белка. В случае с морской губкой, ее белок убьет подопытную бактерию. Ученые из университета Калифорнии попробовали решить эту проблему, создав искусственную клетку, которая состоит из микроскопического пластикового зерна — ядра — и масляного шара в качестве клеточной мембраны.

К каждому из ядер ученые присоединили частицу ДНК, отвечающую за производство силикатеина, причем эта ДНК была получена с помощью случайного скрещивания ДНК двух других силикатеинов. Затем эти ядра были опущены с смесь бактериальных белков, которые должны превратить ДНК в силкатеин, и покрыты тонким слоем масла, который, как клеточная мембрана, «привязал» энзимы к ядру. После этого энзимы начали создавать силикатеин, который скапливается на покрытом антителами пластиковом ядре.

На следующем этапе ученые разрушили мембрану, опустили клетки в раствор с соединениями кремния или титана, и снова покрыли клетки маслом. Во время этой процедуры силикатеиновые белки собирают на ядре оксид кремния (или оксид титана).

После этого был проведен искусственный отбор. Сначала отсортировали ядра по размеру, отобрав те, у которых на поверхности собрался самый большой слой минерала, а затем подвергли их механическому воздействию и отфильтровали те, которые после этого оказались поврежденными. Таким образом были отобраны самые эффективные гены для производства минерала.

Из прошедших отбор клеток ученые случайным образом отобрали 30, и секвенировали их ДНК. Они обнаружили как гены, идентичные исходным силикатеинам, так и новые, абсолютно отличающиеся от исходных. С помощью этих новых генов ученые снова синтезировали силикатеин и изучили его свойства. В то время как обычный силикатеин производит просто скопления кремниевых частиц, новые белки произвели дисперсные наночастицы с содержанием оксидов металлов. Нашелся даже белок — его назвали силикатеин X1 — который производил слои кремниево-белковых волокон.

Таким образом,

искусственно направленная эволюция теоретически может приводить к эффективным результатам, не обнаруженным в природе.

Фактически, они искусственно получили более эффективный (с точки зрения человека), чем исходный, белок-производитель оксида кремния.

Разумеется, направленная эволюция не ограничивается только силикатеинами — например, некоторые виды морских губок производят стекловолокно, которое можно было бы использовать в оптоволоконных сетях, а определенные бактерии могут производить нано-частицы.

Генная инженерия может позволить создавать биологические заводы по производству необходимых для промышленности элементов. Такие заводы были бы экологически чистыми, безотходными и самоподдерживающимися.

Сейчас задача ученых — научиться контролировать процесс направленной эволюции так, чтобы получать белки с заданными свойствами,

например, такими, чтобы производили оксиды с высокой проводимостью. Авторы проекта уверены, что их разработки помогут «поставить те же эволюционные процессы, которые создали морские раковины и скелет, на службу человеку».

Секрет прочности

Губки — не единственное морское животное, вдохновляющее ученых на произвоство новых материалов. Другая группа инженеров-химиков из университета Калифорнии изучила уникальные свойства рака-богомола роскошного (Peacock Mantis Shrimp). Это ракообразное обладает мощнейшими клешнями, которыми оно разбивает панцири крабов, креветок и раковины моллюсков, а иногда даже и стенки аквариумов. На первый взгляд их клешни похожи на обычный хитин, но они выдерживают тысячи ударов за очень короткое количество времени без каких-либо повреждений структуры, при этом очень легкие.

Используя электронный микроскоп, рентгеновскую дифрактометрию, микромеханическое тестирование и компьютерное микромеханическое моделирование, ученые выяснили, что

своей прочностью клешни обязаны трехслойной структуре.

Ударяющая поверхность клешней состоит из чрезвычайно плотного гидроксиапатита. Его прочность на сжатие выше, чем у специализированной керамики типа оксида циркония или карбида кремния. Под ним находится более податливый слой из геликоидальных спиральных хитиновых волокон, окруженных аморфной минеральной массой. Наружная часть клешни состоит из еще одного хитинового слоя, на этот раз бороздчатого, в котором хитиновые волокна расположены параллельно друг другу. Все вместе дает клешне непревзойденную прочность.

Современные композитные материалы используют похожий принцип, но все равно редко выдерживают больше нескольких сильных ударов, после чего их внутренняя структура разрушается. Если же взять за пример то, как эту проблему решила природа, то можно создать легкую и прочную военную броню, обшивку для автомобилей и самолётов, инструменты, спортивный инвентарь.

Робот-клоп

Еще одно водное животное, вдохновившее материаловедов — клоп-водомерка. Он скользит по воде благодаря мельчайшим бороздкам на своих лапках, которые делают их гидрофобными.

Ученые из Китайской академии наук решили, что подобным образом можно решить проблему олеофобных материалов, то есть материалов, отталкивающих жиры и масла. К сожалению, большинство олеофобных покрытий перестают работать, если на них попадает вода.

Ученые сделали небольшого «робота», очень похожего на водомерку. Чтобы придать его медным «лапкам» нанотекстуру, напоминающую текстуру лапок водомерки, их погрузили в гидрат аммиака, и в результате химической реакции образовались мельчайшие нано-«лепестки» оксида меди. Благодаря такому окислению, медная проволока показала угол касания с каплей масла в 164 градуса, под водой, то есть очень высокие олеофобные свойства, которым не препятствует погружение материала в воду.

Ученые уверены, что подобный способ будет работать и с другими металлами, и даже с полимерами, если покрыть их оксидами металлов. Такое олеофобное покрытие может найти массу применений — от лобовых стекол автомобилей, на которые не будут прилипать разбившиеся мухи, до роботов, которые смогут чистить нефтяные разливы в море и покрытия днищ судов, чтобы на них не налипали ракушки.

Обсудите в соцсетях

Главные новости

12:55 Умер актер Дэвид Проуз. Он играл Дарта Вейдера
12:01 Дэвид Линч начнет снимать сериал для Netflix
11:45 Полиция задержала более 150 человек в Лондоне на демонстрации против коронавирусных ограничений
11:01 От коронавируса умер бывший глава РАН Владимир Фортов
10:46 В России за сутки выявили 26 683 новых случаев коронавируса
10:00 Бой Майка Тайсона и Роя Джонса завершился ничьей
09:13 Число инфицированных коронавирусом в мире превысило 62 млн человек
28.11 17:57 Во Франции посадили в тюрьму 19-летнего парня, который угрожал преподавателю убийством
28.11 17:01 В Индонезии освободили соратника Тесака. Его задерживали по запросу российских спецслужб
28.11 16:37 Pussy Riot привязали переодетого омоновцем художника к столбу у Кремля в рамках акции против полицейского насилия
28.11 16:03 На Урале застрелили замглавы Новоуральска Михаила Черницкого
28.11 15:48 Машина с полицейскими влетела в грузовик во Владимирской области, все пассажиры погибли
28.11 15:23 В Хабаровске прошла 141 подряд акция в поддержку Фургала. Администрация уверяла, что митинги по выходным кончились
28.11 14:47 Роскомнадзор попросил отечественные IT-компании создать аналог YouTube
28.11 14:16 Дзюбе вернули капитанскую повязку — впервые после публикации его интимного видео
28.11 12:47 Кудрин: число бедных в России увеличится на 1 млн по итогам 2020 года
28.11 12:04 В Москве задержали участниц пикета против домашнего насилия. Их держат в автозаке более 10 часов
28.11 11:19 Умер клавишник группы «Дюна» Андрей Апухтин
28.11 10:42 В России второй день подряд зарегистрировали более 27 тыс. новых случаев COVID-19
28.11 10:23 Во всем мире коронавирусом заразились более 61 млн человек
28.11 09:54 1 млн жителей России получили штрафы за нарушение коронавирусных ограничений
28.11 09:32 В Аргентине начато расследование смерти Марадоны. Медсестру подозревают в халатности
27.11 21:54 Глава нижегородского Минздрава попросил помощи у врачей из частных клиник
27.11 21:19 В Московской области продлили самоизоляцию для пожилых, «дистант» для студентов и запрет массовых мероприятий
27.11 20:37 Суд отправил под домашний арест еще троих лидеров «Свидетелей Иеговы»
27.11 19:47 Глава Минздрава заявил, что переболевших COVID-19 тоже необходимо вакцинировать
27.11 19:12 В Иране убили ведущего физика-ядерщика страны Мохсена Фахризаде
27.11 18:50 ГИБДД: плохие дороги стали причиной каждого третьего ДТП с пострадавшими в октябре и ноябре
27.11 17:53 Reuters: хакеры из КНДР пытались украсть данные о вакцине AstraZeneca и Оксфордского университета
27.11 17:32 Минздрав заявил о повторных случаях инфицирования коронавирусом в России
27.11 17:09 На севере Подмосковья объявился медведь-шатун. Специалисты говорят об эффекте самоизоляции
27.11 16:54 Суд оштрафовал Навального на 5 тыс. рублей за отказ удалить расследование про Пригожина
27.11 16:41 В Петербурге оппозиционного депутата хотят лишить мандата из-за незадекларированных 705 рублей
27.11 16:24 В российской армии началась вакцинация от COVID-19. Минобороны планирует привить 400 тыс. военных
27.11 15:57 «Победа» с декабря возобновит рейсы в Кельн и Берлин
27.11 15:55 Навальный выступил перед членами Европарламента и призвал к санкциям против олигархов из России
27.11 15:36 Суд арестовал бывшего замначальника ФСИН Валерия Максименко
27.11 15:34 В Дании газету оштрафовали за карикатуру на памятник Русалочке
27.11 15:00 В России появился единый телефонный номер 122 для вызова врача к больному COVID-19
27.11 14:52 Учитель, которого избил ученик в Нальчике, доставлен в больницу. СК завел уголовное дело
27.11 14:33 Журналист Алексей Пивоваров заболел ковидом через два месяца после прививки
27.11 14:08 В Орле из газетных киосков изъяли почтовые марки с портретом Гитлера
27.11 14:00 В Курске умер ветеран ГАИ Михаил Панкрушев. В 1989 году он спас от гибели 40 американских детей
27.11 13:36 «Были приняты необходимые меры»: Песков попытался объяснить отсутствие масок у встречающих Путина в Сарове
27.11 13:11 В Нальчике школьный учитель открыл огонь из травматического пистолета. У него произошел конфликт с восьмиклассником, его дядей и их знакомым
27.11 13:07 Фигуранту «московского дела» Эдуарду Малышевскому отказали в УДО
27.11 12:41 «Вектор» планирует начать массовую вакцинацию от COVID-19 в 2021 году
27.11 12:40 Австрийская деревня Фуккинг (Fucking) решила сменить название из-за туристов
27.11 12:00 Русское географическое общество приглашает в «Снежный дозор»
27.11 11:59 Путин проведет ежегодную пресс-конференцию 17 декабря. Она пройдет в формате видеоконференции
«АвтоВАЗ» «ВКонтакте» «Газпром» «Зенит» «Мемориал» «Мистраль» «Оборонсервис» «Роснефть» «Спартак» «Яблоко» Абхазия Австралия Австрия Азербайджан Антимайдан Аргентина Арктика Армения Афганистан Аэрофлот Башкирия Белоруссия Бельгия Болгария Бразилия ВВП ВКС ВМФ ВПК ВТБ ВЦИОМ Ватикан Великобритания Венгрия Венесуэла Владивосток Внуково Волгоград ГИБДД ГЛОНАСС Генпрокуратура Германия Голливуд Госдеп Госдума Греция Гринпис Грузия ДТП Дагестан Дания Домодедово Донецк ЕГЭ ЕСПЧ Евровидение Еврокомиссия Евромайдан Евросоюз Египет Екатеринбург ЖКХ Израиль Ингушетия Индия Индонезия Интерпол Ирак Иран Испания Италия Йемен КНДР КПРФ Казань Казахстан Калининград Камчатка Канада Каталония Кемерово Киев Кипр Киргизия Китай Коми Конституция Красноярск Кремль Крым Куба Курилы ЛГБТ ЛДПР Латвия Ливия Литва Лондон Луганск МВД МВФ МГУ МКС МОК МЧС Малайзия Мексика Минздрав Минкульт Минобороны Минобрнауки Минпромторг Минсельхоз Минск Минтранспорта Минтруд Минфин Минцифры Минэкономразвития Минэнерго Минюст Молдавия Мосгордума Мосгорсуд Москва НАСА Нигерия Нидерланды Новосибирск Норвегия ОБСЕ ООН ОПЕК Одесса Омск ПДД Пакистан Паралимпиада Париж Пентагон Польша Приморье РАН РЖД РПЦ РФС Росавиация Росгвардия Роскомнадзор Роскосмос Роспотребнадзор Россельхознадзор Россия Росстат Ростех Ростуризм СМИ СССР США Сахалин Сбербанк Севастополь Сербия Сирия Сколково Славянск Сочи Таджикистан Таиланд Татарстан Трансаэро Турция УЕФА Узбекистан Украина ФАС ФБР ФИФА ФСБ ФСИН ФСКН Филиппины Финляндия Франция Хакасия Харьков ЦИК ЦРУ ЦСКА Центробанк Чехия Чечня Швейцария Швеция Шереметьево Эбола Эстония ЮКОС Якутия Яндекс Япония авиакатастрофа автопром алкоголь амнистия арест армия археология астрономия аукционы бактерии банкротство беженцы безработица бензин беспилотник беспорядки биатлон бизнес благотворительность блогосфера бокс болельщики вандализм взрыв взятка вирусы вузы выборы гаджеты генетика гомосексуализм госбюджет госзакупки госизмена деньги дети доллар допинг драка евро журналисты законотворчество здоровье землетрясение изнасилование импорт инвестиции инновации интернет инфляция ипотека искусство ислам исследования история казнь кино кораблекрушение коронавирус коррупция космос кража кредиты культура лингвистика литература математика медиа медицина метро мигранты монархия мошенничество музыка наводнение налоги нанотехнологии наркотики наука недвижимость нейробиология некролог нефть образование обрушение общество ограбление оппозиция опросы оружие офшор палеонтология педофилия пенсия пиратство планетология погранвойска пожар полиция похищение правительство право православие преступность продовольствие происшествия ракета рейтинги реклама религия ретейл робототехника рубль санкции связь сепаратизм следствие смартфоны смертность социология спецслужбы спутники статистика страхование стрельба строительство суды суицид тарифы театр телевидение теракт терроризм технологии транспорт туризм убийство фармакология физика фоторепортаж футбол хакеры химия хоккей хулиганство цензура школа шпионаж экология экономика экспорт экстремизм этология «Единая Россия» «Исламское государство» «Нафтогаз Украины» «Правый сектор» «Северный поток» «Справедливая Россия» «болотное дело» Александр Лукашенко Александр Новак Александр Турчинов Алексей Кудрин Алексей Навальный Алексей Улюкаев Алтайский край Амурская область Анатолий Сердюков Ангела Меркель Антон Силуанов Аркадий Дворкович Арсений Яценюк Астраханская область Барак Обама Басманный суд Башар Асад Белый дом Борис Немцов Бутовский полигон Валентина Матвиенко Верховная Рада Верховный суд Виктор Янукович Виталий Мутко Владимир Жириновский Владимир Зеленский Владимир Маркин Владимир Мединский Владимир Путин Вячеслав Володин Дальний Восток День Победы Дмитрий Медведев Дмитрий Песков Дмитрий Рогозин Дональд Трамп Евгения Васильева Забайкальский край Интервью ученых Ирина Яровая Иркутская область История человечества Калужская область Кирилл Серебренников Кировская область Конституционный суд Космодром Байконур Краснодарский край Красноярский край Ксения Собчак Ленинградская область МИД России Мария Захарова Михаил Прохоров Михаил Саакашвили Михаил Ходорковский Московская область Мурманская область Надежда Савченко Наталья Поклонская Нижний Новгород Николас Мадуро Нобелевская премия Новосибирская область Новый год Олег Дерипаска Олимпийские игры Ольга Голодец Павел Дуров Палестинская автономия Папа Римский Первый канал Пермский край Петр Порошенко Почта России Приморский край Рамзан Кадыров Реджеп Эрдоган Республика Карелия Ростовская область Саратовская область Саудовская Аравия Свердловская область Сергей Лавров Сергей Нарышкин Сергей Полонский Сергей Собянин Сергей Шойгу Следственный комитет Совбез ООН Совет Федерации Ставропольский край Счетная палата Тереза Мэй Франсуа Олланд Хабаровский край Хиллари Клинтон Человек дня Челябинская область Черное море Эдвард Сноуден Элла Памфилова Эльвира Набиуллина Эммануэль Макрон Южная Корея Юлия Тимошенко Юрий Чайка авторское право администрация президента акции протеста атомная энергия баллистические ракеты банковский сектор биология большой теннис визовый режим военная авиация выборы губернаторов газовая промышленность гражданская авиация гуманитарная помощь декларации чиновников дороги России информационные технологии климат Земли компьютерная безопасность космодром Восточный крушение вертолета легкая атлетика лесные пожары междисциплинарные исследования мобильные приложения морской транспорт некоммерческие организации общественный транспорт патриарх Кирилл пенсионная реформа пищевая промышленность права человека правозащитное движение преступления полицейских публичные лекции российское гражданство русские националисты русский язык сельское хозяйство сотовая связь социальные сети стихийные бедствия телефонный терроризм уголовный кодекс фигурное катание финансовый рынок фондовая биржа химическое оружие хроники обнуления эволюция экономический кризис ядерное оружие Великая Отечественная война Вторая мировая война Ирак после войны Ким Чен Ын Революция в Киргизии Российская академия наук Стихотворения на случай Федеральная миграционная служба Федеральная таможенная служба борьба с курением выборы мэра Москвы здравоохранение в России связь и телекоммуникации тюрьмы и колонии Совет по правам человека аварии на железной дороге естественные и точные науки закон об «иностранных агентах» компьютеры и программное обеспечение видеозаписи публичных лекций «Полит.ру» Новые технологии, инновации Сочи 2014 рейтинг Forbes Аль-Каида Кабардино-Балкария Левада-Центр Нью-Йорк Санкт-Петербург отставки-назначения шоу-бизнес Ростов-на-Дону ЧМ-2018 Книга. Знание ВИЧ/СПИД Путин20летназад новость20летназад Apple Bitcoin Boeing Facebook G20 Google iPhone IT Microsoft NATO PRO SCIENCE видео ProScience Театр Pussy Riot Telegram Twitter Wikileaks YouTube

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика Top.Mail.Ru
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2020.