mercoledì 24 agosto 2016

Pronte le prime batterie da ingoiare: Destinate a future 'navette' del corpo umano.

Fonte: ANSA Scienze
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Sono fatte della stessa sostanza che colora pelle e occhi, la melanina: sono le prime batterie da ingoiare, destinate a dare energia alle future navette capaci di viaggiare nel corpo umano per fare diagnosi e rilasciare farmaci. Presentate nel convegno della Società Americana di Chimica, in corso a Philadelphia, le batterie ingoiabili sono state messe a punto dal gruppo coordinato da Christopher Bettinger, dell'università americana Carnegie Mellon.
''Abbiamo visto che sostanzialmente funzionano'', ha detto uno degli autori, Hang-Ah Park. Con una batteria ottenuta con 600 milligrammi di melanina ''si può alimentare per 18 ore un dispositivo da 5 milliwatt'', ha detto ancora il ricercatore. Una batteria di questo tipo sarebbe sufficiente, per esempio, ad alimentare dispositivi capaci di viaggiare nel corpo umano, come capsule che somministrano farmaci direttamente negli organi giusti o sensori per la diagnosi che inviano dati per 20 ore consecutive prima di degradarsi.
Nel progettare dispositivo come questi, ha osservato Bettinger, si devono considerare i problemi di tossicità ed è per questo che, nel realizzarli, ''dobbiamo pensare a materiali di origine biologica''. Così i ricercatori hanno sperimentato la melanina per realizzare entrambi gli elettrodi della batteria.
Il prossimo passo sarà sperimentare anche altri materiali naturali, come la pectina estratta dalle piante e usata per preparare marmellate e gelatine. A quel punto si potrà pensare al rivestimento delle batterie, con materiali resistenti e non tossici, in grado di farle passare nello stomaco senza danni.

Dal caos le comunicazioni wireless più efficaci: Segnali irregolari e imprevedibili migliorano la trasmissione.

Fonte: ANSA Scienze
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Dal caos potrebbero nascere comunicazioni wireless migliori: usando segnali irregolari e imprevedibili, infatti, la trasmissione può diventare più efficace ed efficiente dal punto di vista energetico. Lo dimostrano i calcoli e gli esperimenti pubblicati sulla rivista Chaos dai ricercatori del Politecnico di Xian, in Cina, in collaborazione con l'Università di Aberdeen, in Gran Bretagna.
In questi anni il settore delle comunicazioni wireless (senza fili) è in continua espansione: basti pensare all'impiego che viene fatto di questa tecnologia attraverso smartphone e tablet. I limiti fisici che caratterizzano questo sistema (come ad esempio la propagazione del segnale per cammini multipli, i rumori di fondo dell'ambiente circostante e le interferenze), tendono però a impedire una trasmissione veloce e con un basso tasso di errori.
Una soluzione potrebbe venire proprio dall'uso di segnali caotici: facili da generare, irregolari, ad ampio spettro e difficili da prevedere, sembrano essere ideali per le comunicazioni, le applicazioni sonar e radar. Anche la trasmissione wireless potrebbe beneficiarne, con nuovi sistemi di trasmissione più affidabili ed efficienti.
''Abbiamo dimostrato che l'informazione trasmessa wireless attraverso un segnale caotico risulta inalterata anche se il segnale ricevuto è pesantemente distorto dai limiti stessi del canale wireless'', spiega H. P. Ren, ricercatore del Politecnico di Xian. ''Abbiamo inoltre dimostrato che il segnale può essere decodificato, così da fornire un'efficiente struttura ai moderni sistemi di comunicazione''.
I test hanno dimostrato a sorpresa che il segnale caotico può codificare ogni sorgente binaria di informazione in modo efficiente dal punto di vista energetico. Il prossimo obiettivo dei ricercatori è quello di uscire dal laboratorio sviluppando prototipi adatti anche al mondo reale delle comunicazioni wireless.

domenica 21 agosto 2016

Un batterio sintetico dimostra che è possibile riscrivere il DNA: Più vicine le forme di vita progettate al computer.

Fonte: ANSA Scienze
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Un batterio sintetico, nel quale una grande parte del DNA è stata rimpiazzata con sequenze progettate al computer, dimostra per la prima volta che è possibile ottenere in laboratorio forme di vita dal materiale genetico interamente progettato al computer e che in natura non esistono. Il risultato, pubblicato sulla rivista Science dal gruppo dell'università di Harvard coordinato da George Church, avvicina notevolmente la possibilità di ottenere organismi capaci di svolgere compiti impossibili per gli esseri viventi che conosciamo.
Si potrebbero progettare, ad esempio, batteri immuni ai virus al servizio delle aziende farmaceutiche o biotecnologiche: non è una banalità, ma un cambiamento che farebbe risparmiare i miliardi di dollari che oggi vanno perduti a causa di queste contaminazioni. Diventerebbe anche possibile controllare il comportamento degli organismi sintetici al di fuori dei laboratori in cui vengono prodotti, evitandone la dispersione nell'ambiente.
Il batterio che apre concretamente la via a questa possibilità è uno dei più comuni, l'Escherichia coli, e il suo patrimonio genetico è stato modificato utilizzando una tecnica equivalente a quella del "trova e sostituisci" utilizzata nei programmi di scrittura. La tecnica consiste nell'identificare alcune "parole" del DNA, ossia piccole sequenze di informazione genetica chiamate codoni e nel sostituirle con sequenze progettate dai ricercatori.
E' anche possibile sostituire più codoni con un'unica sequenza, tanti che i ricercatori sono riusciti a ridurre i codoni da 64 a 57. Sebbene non tutti i 57 codoni sintetici siano in grado di svolgere una funzione, per i ricercatori il risultato dimostra la possibilità di riscrivere completamente il genoma di un essere vivente.

martedì 9 agosto 2016

Realizzato un interruttore in miniatura che converte i segnali elettrici in quelli ottici.

Fonte: ANSA Scienze
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Grazie ad un mix di luce e materia è stato realizzato un interruttore in miniatura che può convertire velocemente i segnali elettrici in quelli ottici, aprendo la strada a dispositivi elettronici più veloci e piccoli. Pubblicato sulla rivista Nature Materials, il risultato della ricerca si deve al gruppo guidato da Jeremy Baumberg, dell'università britannica di Cambridge.
Nell'elettronica, spiegano gli autori, c'è una differenza fondamentale tra il modo in cui le informazioni sono elaborate e il modo in cui vengono trasmesse. Per elaborare le informazioni, le cariche elettriche si muovono su chip fatti di materiali semiconduttori, ma per trasmetterle vengono usati impulsi di luce che viaggiano su fibre ottiche. Per questa ragione bisogna convertire i segnali elettrici in quelli ottici, ma gli attuali sistemi di conversione sono molto lenti. Per rendere la conversione più veloce i ricercatori hanno costruito un interruttore che utilizza particelle molto particolari, che sono un mix fra la luce e la materia. Chiamate polaritoni, sono formate da particelle di luce accoppiate con gli elettroni di un materiale semiconduttore.
Il primo passo è stato ottenere queste particelle ed è stato possibile intrappolando la luce in un sistema di specchi nel quale sono state sistemate lamine sottili di semiconduttori. In questa trappola la particella di luce rimbalza da un lato all'altro fino a quando non riesce a colpire gli elettroni del materiale semiconduttore e quando questo accade avviene il mix. In un secondo esperimento le particelle sono state disposte in una piccola cavità, dove hanno formato tutte insieme una sorta di 'condensa', simile a quella che si forma quando c'è molta umidità.
La caratteristica di questa condensa è quella di poter ruotare sia in senso orario sia antiorario in modo controllato, grazie all'applicazione di un campo elettrico. In questo modo il sistema funziona come un interruttore, che unifica in un unico dispositivo le proprietà elettroniche e ottiche, e che può essere usato per convertire velocemente i segnali elettrici in quelli ottici.

venerdì 22 luglio 2016

Cellule trasformate in computer viventi: Programmate per 'ricordare' e reagire, aiuteranno ambiente e medicina.

Fonte: ANSA Scienze
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Le cellule viventi diventano come computer, capaci di 'ricordare' e reagire agli stimoli: le hanno programmate così gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT), sfruttando complessi circuiti biologici fatti con geni ed enzimi. Presentate sulla rivista Science, potranno essere utilizzate come sensori ambientali, oppure come 'cimici' per studiare il differenziamento delle cellule o per monitorare l'evoluzione delle malattie come il cancro.
 ''La possibilità di registrare e rispondere non solo a una combinazione di eventi biologici, ma anche al loro ordine temporale, apre a numerose applicazioni'', spiega il coordinatore dello studio, Nathaniel Roquet. ''Conosciamo molto bene i fattori che regolano il differenziamento di specifici tipi di cellule o la progressione di certe malattie - sottolinea il ricercatore - ma sappiamo ben poco della loro tempistica: questa è una nuova area di indagine in cui adesso possiamo tuffarci grazie a questi dispositivi''.
 Le nuove cellule-computer sono semplici batteri Escherichia coli programmati per ricordare, nel giusto ordine, fino ad un massimo di tre stimoli esterni (ma in futuro potrebbero diventare molti di più). Una volta che la cellula viene risvegliata dall'input, al suo interno si genera una serie di reazioni a catena che coinvolgono due enzimi (chiamati ricombinasi) che agiscono sul DNA memorizzando l'evento e scatenando l'eventuale risposta.
La versione più semplice del sistema, quella che risponde a due input, è dotata di un circuito biologico che può assumere cinque configurazioni: nessun segnale, segnale A, segnale B, segnale A seguito da B e segnale B seguito da A. I ricercatori hanno realizzato anche circuiti biologici più complessi che ricordano e reagiscono a tre input assumendo 16 possibili configurazioni, tutte facilmente riconoscibili se nel DNA si inseriscono geni per la produzione di proteine fluorescenti che fanno illuminare le cellule come dei semafori.

giovedì 21 luglio 2016

Nuovo esperimento conferma la sovrapposizione di stati anche per i nutrini.

Fonte: ANSA Scienze
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Le particelle piu' sfuggenti mai osservate, i neutrini, confermano per la prima volta alcuni fenomeni alla base della meccanica quantistica. Lo fanno grazie a un esperimento americano condotto di Joseph Formaggio, dell'Istituto di Tecnologia del Massachusetts (Mit) e il risultato, pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, apre un nuovo spiraglio per esplorare le regole bizzarre del mondo quantistico, dove un oggetto puo' assumere due stati diversi contemporaneamente.
I dati che hanno permesso di osservare il comportamento dei neutrini prodotti dal Fermilab di Chicago e inviati per 730 chilometri fino al rivelatore dall'esperimento Minos (Main Injector Neutrino Oscillation Search).
 Sin da quando vennero proposti, i principi alla base della meccanica quantistica (la teoria proposta per spiegare le 'stranezze' delle particelle elementari) sollevarono un grande dibattito nella comunita' scientifica. Tutto questo perche' per poter capire i quanti bisognava rimettere in discussione l'intera logica 'normale' e introdurre concetti 'bizzarri', come la possibilita' che una particelle potessero trovarsi allo stesso tempo in due condizioni diverse.
 "Sono regole difficili da digerire pero' funzionano", ha detto Antonio Masiero, vice presidente dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), e i dati ottenuti dall'esperimento Minos lo confermano nuovamente. "La novita' - ha aggiunto Masiero - e' che a dimostrare uno dei principi fondamentali della meccanica quantistica questa volta sono stati i neutrini".
 L'idea dei ricercatori americani e' stata quella di verificare che anche i neutrini, cosi' come gia' confermato per i fotoni, possono trovarsi in quella che viene detta una sovrapposizione di due stati, ossia la loro condizione che rimane sconosciuta fino a quando non vengono esaminati dall'osservatore. "In realta' per farlo non hanno realizzato un esperimento ad hoc - ha proseguito Masiero - ma semplicemente studiato i dati ottenuti da un esperimento ideato per esplorare altre proprieta' dei neutrini, quella di poter cambiare 'pelle'".

mercoledì 20 luglio 2016

L'occhio umano riesce a vedere singole particelle di luce: Nuova prospettiva per lo studio dei circuiti nervosi della vista.

Fonte: ANSA Scienze
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Altro che la super vista degli eroi dei fumetti: l'occhio umano è naturalmente in grado di riconoscere le singole particelle di luce, i fotoni. E' quanto dimostra un curioso esperimento condotto alla Rockefeller University di New York: i risultati, pubblicati su Nature Communications, offrono una nuova prospettiva per studiare i circuiti nervosi che collegano la retina al cervello, con importanti implicazioni per la vista.
Sulle reali potenzialità dell'occhio umano si discute ormai dagli anni Quaranta, quando alcune ricerche pionieristiche dimostrarono per la prima volta la capacità di riconoscere debolissimi segnali luminosi formati da sette o al massimo cinque fotoni. Da allora, però, nessuno è stato in grado di dimostrare se la vista dell'uomo fosse in grado di riconoscere il singolo fotone, anche a causa delle limitazioni sperimentali legate alle tecnologie necessarie per produrre le particelle di luce..
Per risolvere la questione, i ricercatori coordinati da Alipasha Vaziri hanno realizzato uno speciale strumento che sfrutta i principi dell'ottica quantistica per sparare due fotoni alla volta, uno diretto verso l'occhio umano e l'altro verso un rivelatore, ovvero una telecamera ad alta sensibilità. Questo macchinario è stato usato per mettere alla prova un gruppo di volontari, chiamati a riconoscere le volte in cui veniva sparato un fotone e le volte in cui invece veniva lanciato un segnale 'bianco', cioè un falso segnale privo di fotoni..
I risultati ottenuti dopo oltre 30.000 tentativi dimostrano che il numero di segnali riconosciuti è superiore a quello che si sarebbe avuto per pura casualità. L'obiettivo dei ricercatori ora è quello di avviare nuovi studi che permettano di fare luce sui circuiti nervosi che consentono all'occhio di avere questa sorprendente sensibilità.