Созданы особые космические корпуса для смартфонов IPhone X и IPhone 8

Айфон X и Айфон 8 комплектация, что будет в коробке?

В iOS 11 Apple упростила настройку нового iPhone, с помощью Quick Start, новой системы, которая обнаруживает ваше новое устройство (аналогично настройке Apple Watch или AirPods) и передает большинство ваших настроек и предпочтения автоматически. Если вам интересно, какая будет в Айфон X, Айфон 8 плюс и Айфон 8 комплектация, то вы попали куда нужно.

Айфон X и Айфон 8 комплектация с обычными аксессуарами

Теперь, когда были анонсированы iPhone 8 и iPhone X, начинают появляться более официальные сведения о гарнитурах (наушниках). Мы знаем, что смартфоны являются первыми от Apple, которые поддерживают быструю зарядку, и теперь мы также знаем, что будет внутри коробки. iPhone 8, и iPhone X поставляются с такими же аксессуарами, как и раньше. У Apple нет ничего нового или дополнительно идущего в комплекте, очень жаль.

Айфон X комплектация

  • iPhone с iOS 11
  • EarPods с разъемом Lightning
  • Lightning 3,5 мм Адаптер для наушников
  • Lightning USB-кабель
  • Адаптер питания USB
  • Документация

Айфон 8 Plus и Айфон 8 комплектация

  • iPhone с iOS 11
  • EarPods с разъемом Lightning
  • Lightning 3,5 мм Адаптер для наушников
  • Lightning USB-кабель
  • Адаптер питания USB
  • Документация

Если вы надеялись на пару AirPods с iPhone X за $ 999 или быстрым зарядным устройством, то вы будете разочарованны. Оба смартфона поставляются с такими же аксессуарами в розничной упаковке, как и iPhone 7. Комплектация включает в себя 3,5-миллиметровый адаптер, кабель зарядки (не USB-C), наушники и многое другое.

Учитывая резкий переход Apple на USB-C и Thunderbolt 3, это пугает наш разум, почему компания не поставляет к своим мобильным продуктам аксессуары кабеля USB-C. По крайней мере, кабель и зарядное устройство, поддерживающее до 15 Вт мощности, более чем достаточно, чтобы успокоить пользователей. Но, по-видимому, кажется, что «мужество» нигде не видно, когда дело доходит до денег?

Тем не менее, смартфоны являются лучшими, что Apple сделала на сегодняшний день. Но изменится ли величие этих смартфонов завтра? Это еще предстоит выяснить. IPhone 8, iPhone 8 Plus стоят от 46000 до 65000 в зависимости от комплектации, в то время как iPhone X стоит 79999, самая дорогая цена в России, чем во все остальном мире.

Айфон 8 комплектация – что в коробке Айфона?

В Айфон 8 Plus и Айфон 8 комплектация не изменилась с прошлого года. Он включает в себя стандартную пару Lightning EarPods и переходник для наушников Lightning to minijack для подключения других наушников. Как и в случае с iPhone 7, пластикового корпуса больше нет, а просто одноразовая бумажная вставка.

Также имеется стандартный квадратный 5-ваттный адаптер питания USB и кабель Light-to-USB-A. Вам понадобится адаптер USB-C для использования новых телефонов с современными ноутбуками Apple MacBook и MacBook Pro или с 29-ваттным адаптером питания USB-C от Apple (который поставляется с MacBook и продается отдельно), и поддерживает быструю зарядку iPhone 8, также может зарядить до 50 процентов всего за 30 минут.

Обратите внимание, что так же, как iPhone 7, вы также можете заряжать iPhone 8 модели заметно быстрее, используя 10 или 12-ваттные USB-адаптеры, которые поставляются с iPads (и продаются отдельно). На самом деле разочаровывает тот факт, что Apple по-прежнему продает свои высококачественные iPod с неадаптивными адаптерами мощностью 5 Вт. Которые заряжают их так медленно – особенно неприятная проблема с большой батареей моделей Plus.

Айфон 8 комплектация не стала лучше, по сравнению с Айфон 7? К сожалению изменения минимальны.

iPhone X, iPhone 8 и 8 Plus – это первые телефоны Apple которые поддерживают «беспроводную» (индукционную) зарядку. Apple ранее отказалась от беспроводной зарядки, поскольку она не была настолько полезной, потому что вам все еще нужно было подключить USB-кабель к зарядной площадке, которая затем передает энергию устройству, расположенному поверх нее, не требуя физического подключения.

Apple не включает в себя беспроводной зарядный диск в коробке (AirPower), и новые телефоны не работают с существующим диском для Apple Watch. Но поскольку Apple поддерживает общую спецификацию зарядки Qi, имеется широкий диапазон совместимых зарядных пэдов. В следующем году Apple планирует представить свою собственную зарядную площадку AirPower с уникальной поддержкой зарядки до трех устройств одновременно.

Айфон 8 комплектация – вскрываем коробку

Коробка покрыта пластиковой пленкой, которая легко снимается, если потянуть за язычок. Apple представила эту упаковку в прошлом году с iPhone 7 и iPhone 7 Plus, и это облегчает ее снятие. Я до сих пор помню прошлую коробку, в которых YouTuber должен был использовать что-то острое, чтобы вскрыть пластиковую пленку и открыть коробку.

IPhone 8 Plus также покрыт пластиковой защитой спереди. После снятия пластиковой крышки первое, что я заметил, это новый цвет Space Grey. Космический серый цвет алюминиевого корпуса не такой темный, как матовый черный iPhone 7 Plus, и он также не светит, как предыдущие цвет iPhone. Стекло заднего корпуса намного темнее и выглядит как черный iPhone 7 Plus. Это выглядит потрясающе.

Смотрите видео: Айфон плюс и Айфон 8 комплектация.

Айфон X и Айфон 8 первый запуск c Quick Start

Свежий из коробки новый iPhone 8 и iPhone X загружается и просит вас выбрать язык и регион. Затем предлагает стандартные настройки (где вы обычно настраиваете сеть WiFi, проверяете подлинность, устанавливаете пароль, а затем входите в систему и настраиваете службы iCloud). Но используя Quick Start вы сможете гораздо быстрее настроить телефон!

На экране Quick Start все, что вам нужно сделать, это представить существующий телефон, который должен быть недавно обновлен до iOS 11. Ваш старый телефон обнаружит новый iPhone и появится панель, предлагающая установить новый телефон. Это работает так же, как настройка новой пары AirPods.

После выбора этой опции на новом телефоне начнет отображаться сканер, который скопирует настройки вашего старого телефона, чтобы скопировать настройки телефона, захватите его камерой, и скопируйте штрих-код или QR-код. После сканирования новый телефон попросит ввести пароль со своего старого телефона, а затем завершит настройку.

Читайте также:  Технология распознавания лиц – болезнь или панацея?

После его завершения он позволит вам выбирать между настройкой нового телефона или восстановлением из резервной копии iCloud или резервной копии iTunes, хранящейся на вашем компьютере. Вы также можете перенести данные и настройки с телефона Android. Восстановление из резервных копий по всем вашим персональным данным и сохраненным паролям (или только основные настройки, если ваша резервная копия iTunes не зашифрована) и начинает загрузку ваших скаченных приложений.

Как вам Айфон 8 комплектация? Пишите свои отзывы, мы будем рады ответить!

Рассекречен облик будущих iPhone 13. В чем их новизна

Смартфоны серии iPhone 13 увидят свет в сентябре 2021 г. Производители чехлов стали получать их макеты, которые позволили пролить свет на дизайн. Внешне iPhone 13 по сравнению с iPhone 12 почти не изменились – Apple лишь модифицировала модули камер. Pro-версии смартфонов также получат новые оттенки корпуса, включая классический матовый черный.

Новые (старые) iPhone

Раскрыт дизайн смартфонов линейки iPhone 13, которые Apple планирует анонсировать в сентябре 2021 г. Специалисты профильного портала MacRumors получили доступ к макетам этих аппаратов, предназначенных для производителей чехлов.

Новая серия мобильников Apple, несмотря на полный провал модели iPhone 12 mini, по-прежнему будет состоять из четырех моделей. К двум флагманским с приставкой Pro в названии присоединятся обычный iPhone 13 и его уменьшенная версия с приставкой mini. В линейке iPhone 14, ожидаемой в 2022 г., вероятность появления мини-смартфона стремится к нулю.

При разработке экстерьера смартфонов iPhone 13 дизайнеры Apple явно черпали вдохновение в линейке 2020 г. Поэтому в облике новых аппаратов изменения действительно нужно искать.

В двух младших моделях Apple поменяла расположение сенсоров основной камеры. Если в iPhone 12 и 12 mini они размещены вертикально, то в новой линейке – горизонтально. Что стоит за этим «дизайнерским решением», пока остается неизвестным.

В iPhone 13 Pro и Pro Max модули тыльной камеры остались на своих местах, но стали заметно крупнее. Вследствие этого подросла и сама камера, занимающая теперь значительно больше места.

По данным MacRumors, единственное изменение на лицевой панели коснется выреза под Face ID, другими словами, «челки» или «моноброви». Эксперты портала утверждают, что за счет использования более современных и компактных компонентов системы Face ID Apple смогла уменьшить размер этого выреза. Однако полностью отказываться от него, как это сделали несколько лет назад все производители Android-смартфонов, Apple пока не торопится.

Два новых цвета

Оставив дизайн новых iPhone почти без изменений, Apple сосредоточилась на разработке новых оттенков корпуса для них. По утверждению портала GizmoChina, новых цветов будет как минимум два – Sunset Gold и Rose Gold.

Технически, ни один из новых оттенков нельзя назвать новым для iPhone – каждый из них использовался в той или иной линейке. Однако iPhone 12 Pro и iPhone 11 Pro не были доступны в классическом черном цвете, что Apple решила исправить в новой серии. Притом это будет именно матовый черный (Matte Black).

В линейке также останется белый оттенок. Он сменит название на «жемчужный» (Pearl).

Все перечисленное касается пока только Pro-серии. Какие цвета Apple выберет для обычных iPhone 13 и 13 mini, неизвестно.

Что еще изменится

Смартфоны серии iPhone 13 могут стать толще своих предшественников. Вероятно, на это повлияет установка более емких батарей, поскольку владельцы аппаратов iPhone 12 нередко жаловались на их плохую автономность.

Лидар, как и в предыдущей серии, младшим моделям iPhone 13 не достанется и по-прежнему будет доступен лишь владельцам Pro-устройств. В то же время теперь в каждом из четырех смартфонов будет присутствовать стабилизация изображения путем изменения положения матрицы. Не исключено, что именно использование этой технологии повлияло на изменение положения модулей в младших моделях и увеличение камеры в старших.

Внутри новых iPhone будет находиться пока не анонсированный процессор А15. Он окажется 5-нанометровым, как и А14, поскольку компания TSMC, производитель чипов Apple, пока не успела освоить более современный техпроцесс.

Модели iPhone 13 Pro и iPhone 13 Pro Max будут оснащены LTPO-экранами с поддержкой частоты обновления до 120 Гц. Младшим iPhone 13 и iPhone 13 mini достанутся обычные 60-герцовые панели.

По предварительной информации, все четыре iPhone 13 будут поддерживать функцию Always on Display. Она позволяет выводить на экран нужную информацию без необходимости его включения. Эта технология давно используется во многих флагманских Android-смартфонах.

Учеными калифорнийского университета создан наноробот

5 уже реально существующих невероятных технологий из медицины будущего

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте.

Ocumetics Bionic Lens – умная линза, которая навсегда вернет зрение

Контактные линзы, которые могут исправлять дефекты человеческого зрения, существуют уже много десятилетий. Более сотни миллионов человек в мире активно их используют вместо очков.

А компания Ocumetics Technology обещает, что уже через несколько лет она начнет массовое производство первых в мире «умных» контактных линз. Ocumetics Bionic Lens – это инновационный имплантат, который вживляется в глаз человека вместо хрусталика. Сама процедура занимает максимум десять минут и даже не требует наркоза.

Линза Ocumetics Bionic Lens навеки избавляет человека от проблем со зрением. Она исправляет близорукость и дальнозоркость, катаракту, астигматизм и даже потерю зрения с возрастом. Более того, как заявляют в Ocumetics Technology, даже здоровый человек с этой линзой начинает видеть в три раза лучше, чем без нее.

Работы над Ocumetics Bionic Lens ведутся уже более восьми лет. Сейчас компания Ocumetics Technology создала первые прототипы своих «умных» контактных линз, а массовое их применение ожидается к 2020 году.

Читайте также:  Компьютерный томограф сможет определять потенциальных террористов

Нейропротезы с управлением силой мысли

Ученые из Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса в Нью-Йорке создали невероятный протез человеческой руки , управлять которым можно одной лишь силой мысли.

Такой протез на данный момент не имеет аналогов в мире. Он позволяет человеку, который потерял в силу тех или иных причин конечность, приобрести новую часть своего тела, действующую по тому же принципу, что и предыдущая.

Система управления этим нейропротезом полностью копирует нервную систему человека. Устройство считывает электронные импульсы из мозга владельца и поступает так, как он задумал. Команды распознаются моментально, человек в считанные минуты начинает на интуитивном уровне управлять своим протезом, как раньше управлял реальной рукой.

При этом система контроля позволяет управлять даже по-отдельности каждым искусственным пальцем на этом протезе.

Ведущие ортопеды мира уже расхваливают детище Лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса. Ожидается, что в массовое производство эти нейропротезы поступят в течение двух-трех лет.

Умная таблетка для ранней диагностики заболеваний

Технологии не позволяют и никогда не позволят создать единое лекарство абсолютно для всех болезней. Но в полусекретной лаборатории Google X идет разработка универсальной «умной» таблетки, которая даст возможность многократно повысить процент выздоровлений людей с тяжелыми заболеваниями.

«Умная» таблетка от Google X – это сложное миниатюрное устройство, которое должно находиться в организме человека постоянно в течение нескольких лет или даже десятилетий. Оно способно собирать информацию о физиологических процессах в теле, чтобы затем дать знать носителю даже о самых мельчайших изменениях.

Подобная информация позволит диагностировать тяжелые болезни типа рака, инфаркта или инсульта на ранних стадиях. Это позволит существенно повысить процент выживаемости людей с данными заболеваниями, ведь чем раньше они обнаружены, тем выше шанс человека на полное выздоровление.

Про эту «умную» таблетку от Google X известно не так много. В данной лаборатории пока не раскрывают подробности проекта, а также дату начала промышленного выпуска таких девайсов. Но специалисты из Google утверждают, что в технологическом плане это устройство может быть создано уже сейчас.

Нанороботы для доставки лекарств в организм человека

В научной среде уже несколько десятилетий мечтают о том, что однажды в медицинской практике появятся нанороботы. Запуская их в тело человека, медики смогут с невероятной точностью и высочайшей эффективностью совершать множество манипуляций, например, диагностировать болезни, уничтожать раковые клетки или доставлять лекарство в нужный орган, минуя остальные.

И сейчас эти смелые научные мечтания начали получать твердую технологическую и практическую основу. Например, несколько месяцев назад сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего первыми в мире реально использовали нанороботов для доставки лекарственных средств в конкретный орган.

В качестве подопытного организма эти ученые взяли мышь. Они использовали миллионы нанороботов на основе молекул цинка. Эти 20-нанометровые малютки газа начали двигаться, выпуская микроскопические пузырики, по организму в сторону кишечника, неся туда определенное лекарство.

Как только нанороботы достигли нужной цели, они выпрыснули лекарственное средство в стенки кишечника. Скорость доставки при этом составила около 12 часов. Как показало затем вскрытие, цинковые молекулы не принесли никакого вреда организму мыши.

Этот опыт американских ученых показал, что нанороботы, действительно, могут существовать и эффективно функционировать. Однако до испытания их на людях и начала активного применения в медицине пройдет еще немало лет.

Множественная пересадка органов

Пересадка даже одного органа является серьезнейшим стрессом для организма больного человека, который он далеко не всегда может перенести. Однако с каждым городом процент удачных операций в этом направлении увеличивается. Более того, все чаще происходят случаи, когда хирурги пересаживают одновременно сразу несколько органов.

К примеру, в Бостоне недавно прошла невероятная операция, во время которой хирурги пересадили больной девочке с саркомой сразу 6 (шесть!) органов: желудок, печень, селезенку, кишечник, часть пищевода и поджелудочную железу. Иного выхода у врачей не было – болезнь сильно повредила каждую из этих частей тела, и по-отдельности их менять было бессмысленно.

Однако этот медицинский риск закончился успехом. Девочка хорошо перенесла операцию и быстро пошла по поправку. Теперь научный мир ждет появления подробного описания операции в медицинских журналах, чтобы перенимать опыт бостонских трансплантологов по всему миру.

Современная медицина быстро превращается в медицину будущего, какой мы себе ее представляли всего пару десятилетий назад. Технологии двигают ее вперед, и, возможно, уже через сто лет науке не будет известно ни одной неизлечимой болезни. Про другие успехи современной медицины можно прочитать в нашем предыдущем обзоре 5 необычных медицинских технологий .

Понравилась статья? Тогда поддержи нас, жми:

Исследование ученых Калифорнийского университета

Органик-продукты полезнее для здоровья, утверждают ученые

Опубликовано исследование ученых Калифорнийского университета

В обществе давно уже идет дискуссия о том, насколько органические продукты (те, что выращены, сохранены и упакованы в естественных условиях: без применения искусственно внесенных химических веществ и не подверженные генетическим модификациям) полезнее для здоровья, чем обычные продукты, к которым мы привыкли. Сравнив плоды киви, выращенные «натуральным» и традиционным способом, ученые отдали предпочтение первому.

Американские исследователи обнаружили, что в органик-киви, выращенных на землях, которые не менее пяти лет не знали химикатов, уровень витамина С и полифенолов (веществ, способствующих снижению уровня холестерина, улучшению циркуляции крови и предотвращающих рак) оказался выше, чем у традиционно выращенных фруктов.

Хотя продажи органик-продуктов с каждым годом растут, некоторые эксперты утверждают, что особой пользы здоровью они не приносят. Однако директор Soil Association Питер Мелчетт сказал: «Это очень убедительное исследование. Оно доказывает, что органик-продукты содержат больше полезных для здоровья веществ и витаминов и меньше насыщенных жирных кислот и нитратов».

Новое исследование было проведено доктором Марией Амодио и доктором Аделью Кадер из Калифорнийского университета. Его результаты опубликованы в Journal of the Science of Food and Agriculture. Авторы пишут, что «все основные минеральные вещества в органик-киви находились в более высокой концентрации. Эти плоды также отличались более высоким содержанием аскорбиновой кислоты (витамина С) и полифенолов, что означает их более выраженные антиоксидантные качества».

Читайте также:  Создана умная перчатка, способная интерпретировать язык глухонемых

«Вполне возможно, что традиционная практика выращивания сельскохозяйственных культур, в которой применяются пестициды, препятствует формированию фенольных метаболитов растения, а они играют защитную роль».

Ученые сравнивали органические и обычные киви, которые одновременно выращивались на соседних участках на ферме в Мэрисвилле, штат Калифорния. Оказалось, что уровень сахаров в них практически совпадал, так что вкусовые качества плодов были одинаковыми. Органик-киви были темнее и имели более толстую кожуру. Вероятно, она могла появиться вследствие ответной реакции растения на вредителей при отсутствии пестицидов. А вот полифенолов в таких фруктах было на 17% больше (значит, больше антиоксидантов, которые борются с вредными свободными радикалами в нашем организме). Витамина С в них было больше на 14%, а также больше минералов, особенно калия и кальция.

Однако доктор Карл Уинтер (тоже из Калифорнийского университета) не считает, что повышенные уровни полезных веществ могут иметь существенное значение для здоровья человека.

Не так давно выполненное исследование показало, что пол-литра органик-молока имело на 68% больше полиненасыщенных жирных кислот омега-3, важных для нормального функционирования мозга, чем молоко из-под простой буренки.

Ссылка на публикацию: «Газета»

Код вставки на сайт

Исследование ученых Калифорнийского университета

Органик-продукты полезнее для здоровья, утверждают ученые

Опубликовано исследование ученых Калифорнийского университета

В обществе давно уже идет дискуссия о том, насколько органические продукты (те, что выращены, сохранены и упакованы в естественных условиях: без применения искусственно внесенных химических веществ и не подверженные генетическим модификациям) полезнее для здоровья, чем обычные продукты, к которым мы привыкли. Сравнив плоды киви, выращенные «натуральным» и традиционным способом, ученые отдали предпочтение первому.

Американские исследователи обнаружили, что в органик-киви, выращенных на землях, которые не менее пяти лет не знали химикатов, уровень витамина С и полифенолов (веществ, способствующих снижению уровня холестерина, улучшению циркуляции крови и предотвращающих рак) оказался выше, чем у традиционно выращенных фруктов.

Хотя продажи органик-продуктов с каждым годом растут, некоторые эксперты утверждают, что особой пользы здоровью они не приносят. Однако директор Soil Association Питер Мелчетт сказал: «Это очень убедительное исследование. Оно доказывает, что органик-продукты содержат больше полезных для здоровья веществ и витаминов и меньше насыщенных жирных кислот и нитратов».

Новое исследование было проведено доктором Марией Амодио и доктором Аделью Кадер из Калифорнийского университета. Его результаты опубликованы в Journal of the Science of Food and Agriculture. Авторы пишут, что «все основные минеральные вещества в органик-киви находились в более высокой концентрации. Эти плоды также отличались более высоким содержанием аскорбиновой кислоты (витамина С) и полифенолов, что означает их более выраженные антиоксидантные качества».

«Вполне возможно, что традиционная практика выращивания сельскохозяйственных культур, в которой применяются пестициды, препятствует формированию фенольных метаболитов растения, а они играют защитную роль».

Ученые сравнивали органические и обычные киви, которые одновременно выращивались на соседних участках на ферме в Мэрисвилле, штат Калифорния. Оказалось, что уровень сахаров в них практически совпадал, так что вкусовые качества плодов были одинаковыми. Органик-киви были темнее и имели более толстую кожуру. Вероятно, она могла появиться вследствие ответной реакции растения на вредителей при отсутствии пестицидов. А вот полифенолов в таких фруктах было на 17% больше (значит, больше антиоксидантов, которые борются с вредными свободными радикалами в нашем организме). Витамина С в них было больше на 14%, а также больше минералов, особенно калия и кальция.

Однако доктор Карл Уинтер (тоже из Калифорнийского университета) не считает, что повышенные уровни полезных веществ могут иметь существенное значение для здоровья человека.

Не так давно выполненное исследование показало, что пол-литра органик-молока имело на 68% больше полиненасыщенных жирных кислот омега-3, важных для нормального функционирования мозга, чем молоко из-под простой буренки.

Графеновая электроника – чудо 21 века

В статье рассказывается о перспективах применения графена и углеродных нанотрубок в микроэлектронике, а также о пользе и вреде “Материала будущего”

Слушая глубокомысленные рассуждения государственных чинов о необходимости развивать нанотехнологии, невольно удивляешься нелогичности их поступков: на оборону выделяются средства, несравнимые с бюджетом науки. Притом, что сейчас деньги, вложенные в научные исследования, позволят не только радикально изменить жизнь людей, но и вплотную подойти к решению проблемы бессмертия человека.

Говоря о нанотехнологиях, в первую очередь приходят на ум открытие графена и углеродных нанотрубок. Именно с ними связывают ученые прорыв в области электроники и фармакологии в 21 веке. Создание квантовых компьютеров, систем считывания сигналов на клеточном уровне, нанороботов для лечения организма – это только малый перечень открывающихся возможностей. Сейчас эти возможности перешли из области фантастики в область лабораторных разработок.

Особая тема – это микроэлектроника. Современные микропроцессоры и чипы памяти уже преодолевают значение технологических норм в 10 нанометров. Впереди рубеж 4-6 нм. Но чем дальше двигаются разработчики по пути миниатюризации, тем сложнее задачи приходится решать.

Кремний является прекрасным материалом для микроэлектроники, но обладает существенным недостатком – плохой теплопроводностью. И с ростом тактовой частоты и плотности элементов этот недостаток становится барьером на пути дальнейшего развития микроэлектроники.

К счастью, сегодня появилась реальная возможность использовать альтернативные материалы. Это графен, двухмерная форма углерода и углеродные нанотрубки, которые являются трехмерной кристаллической формой того же углерода. Уже первые результаты исследований привели к созданию графеновых транзисторов, работающих на частоте до 300 ГГц. Причем, опытные образцы сохраняли свои характеристики при температурах 125 градусов по Цельсию.

Читайте также:  В токийском метро роботы начнут помогать пассажирам

История открытия графенового чуда

Самозабвенно разрисовывая в раннем детстве стены комнат простым карандашом, мы не подозревали, что занимаемся серьезной наукой – производим опыты по получению графена. Взбучка от родителей, не оценивших научную ценность экспериментов, многих отвратила от науки, но не всех. В 2010 году двоим россиянам, сотруднику Манчестерского университета (Великобритания) Андрею Гейму и ученому из Черноголовки (Россия) Константину Новосельцеву присудили Нобелевскую премию за открытие графена – новой кристаллической модификации углерода, толщиной в один атомный слой.

Так в чем же состояла заслуга ученых и значение открытия? Для начала разберемся с самим предметом открытия. Графен – это кристаллическая двумерная поверхность (не пленка!) толщиной в один или два атомных слоя.

Самое интересное состоит в том, что теоретически графен был «создан» физиками-теоретиками более 60 лет назад для описания трехмерных структур углерода. Математическая модель двумерной решетки прекрасно описывала теплофизические свойства графита и иных трехмерных модификаций углерода.

Но многочисленные попытки создать двумерные кристаллы углерода заканчивались неудачами. «Медвежью» услугу в этих поисках оказали теоретики, которые математически обосновали невозможность существования кристаллических поверхностей. Не верить им было трудно: ведь это были Лев Ландау и Пайерлс – крупнейшие физики- теоретики 20 века.

Они привели неоспоримые математические доводы, что правильные плоские кристаллические структуры неустойчивы, т.к. за счет тепловых колебаний атомы покинут узлы таких кристаллов и порядок нарушится. Ситуацию усугубило то, что в реальных экспериментах теоретические выкладки ученых получали полное подтверждение. Идею синтеза графена надолго забросили.

И только в 2004 году ученым удалось получить, а главное, доказать, что графен – это реальность. Для получения графена использовалась специальная методика химического скалывания графитовых кристаллических плоскостей. Похожие процессы происходят при рисовании карандашом по шершавым поверхностям, но требования к условиям отслоения образцов неизмеримо жестче.

Второй трудностью было доказательство существования графеновой структуры. Как можно наблюдать поверхность толщиной в один атомный слой? Авторы открытия говорят, что если бы не удалось найти способа наблюдения графена, то его не открыли бы до наших дней.

Остроумная методика наблюдения графена заключалась в формировании двумерной кристаллической поверхности на подложке из окиси кремния. А затем графен наблюдали в обычный оптический микроскоп. Правильная кристаллическая решетка графена создавала интерференционную картину, которая и наблюдалась исследователями.

Перспективы практического применения графена

Открытие графена вызвало реакцию, подобную разорвавшейся бомбы. После десятилетий полной уверенности, что двухмерной модификации углерода не существует, вдруг оказалось, что с помощью достаточно простых процессов его можно получать в неограниченном количестве. Только зачем?

Дело в том, что подобная модификация углерода обладает свойствами, которые, обычно сдержанные ученые, наделяют эпитетами фантастические, чудесные, уникальные. И им можно поверить. Сотни применений этого материала предложены уже сегодня, и каждую неделю появляется информация о новых возможностях графена.

Даже короткий перечень впечатляет: микрочипы с плотностью более 10 миллиардов полевых транзисторов на квадратный сантиметр, квантовые компьютеры, датчики размером несколько нанометров – это только в электронике. А еще аккумуляторные батареи фантастической емкости, фильтры для воды, которые задерживают любые примеси и многое другое.

Особые свойства графена позволяют не только эффективно отводить тепло, но и преобразовывать его обратно в электрическую энергию. Учитывая, что графеновая решетка (плоскость) имеет толщину в один атомный слой, несложно предсказать, что плотность элементом на чипе резко возрастет и может достигнуть 10 миллиардов транзистором на квадратный сантиметр. Уже сегодня реализованы графеновые транзисторы и микросхемы, смесители частоты, модуляторы, работающие на частотах выше 10 ГГц.(Микрочип, который фильтрует нежелательное излучение с помощью графена, был разработан учеными в Федеральной политехнической школе в Лозанне (EPFL) и проверен исследователями из Женевского университета (Unige), оба из Швейцарии. Изобретение может быть использовано в будущих устройствах для передачи данных в десять раз быстрее. Результаты опубликованы в Nature Communications.)

Не менее оптимистично относятся разработчики и к применению углеродных нанотрубок в микроэлектронике. На их основе уже реализованы транзисторные структуры, а недавно специалисты IBM продемонстрировали микросхему, на которой было сформировано 10 тысяч нанотрубок.

Конечно, сразу углеродные материалы не смогут заменить кремний в микроэлектронике. Но создание гибридных микросхем, в которых используются преимущества обоих материалов, уже выходит на коммерческий уровень. Не за горами тот день, когда в обычном мобильном устройстве появятся микропроцессоры, вычислительная мощь которых будет превышать производительность современных суперкомпьютеров.

Не стоит думать, что все эти применения – дело отдаленного будущего. В гонку практической реализации научного открытия включились гиганты электронной индустрии – корпорация IBM, Samsung и множество коммерческих исследовательских лабораторий.

Будущие применения графена

По мнению специалистов, в ближайшее десятилетие графен станет привычным материалом. А некоторые шутят, что Силиконовую долину в Калифорнии придется переименовывать на Графитовую.Как и во всем, есть мнения, которые расходятся. Известный голландский физик Уолт Де Хеер утверждает, что:

«Графен никогда не заменит кремний». «Никто, кто знает мир, не может сказать это серьезно. Он просто сделает некоторые вещи, которые не может сделать кремний. Это похоже на корабли и самолеты. Самолеты никогда не заменяли корабли.

Я, конечно, хочу посмотреть, как далеко продвинутся исследования. А вы?

Конечно графен можно по праву назвать революционным материалом XXI века. Этот вариант соединения углерода является самым тонким, прочным, и обладает наивысшей электропроводностью. Сегодня на исследования графена выделено несколько миллиардов долларов, и по прогнозам ученых, этот материал сможет заменить собою кремний в полупроводниковой промышленности. Графен несомненно перевернет мир технологий в ближайшие годы, не в последнюю очередь еще и потому, что он недорог в производстве, и очень распространен в природе. Каждая из стран имеет его в изобилии.Тем временем, инженеры из Испании разработали на основе графена аккумуляторную батарею нового поколения. Она получилась на 77% дешевле литиевых аналогов, в два раза легче по весу, а благодаря уникальным электропроводным свойствам графена, может быть полностью заряжена всего за 8 минут, и этого заряда хватит на 1000 километров пробега электромобилю.

Читайте также:  Изобретена подводная лодка на электроприводе

Новые батареи уже протестировали две автомобильные компании Германии. Электромобиль считается весьма перспективным видом транспорта, несмотря на меньшую мощь и скорость, по сравнению с традиционными автомобилями на жидком топливе, ведь основные потребности большинства людей он удовлетворяет вполне.Самые современные серийные электромобили на литиевых аккумуляторах требуют для зарядки несколько часов, при этом хватает заряда едва ли на 300 километров. По сравнению с этим, новые графен-полимерные аккумуляторы испанской компании Graphenano, разработанные совместно с учеными из Национального университета Кордовы, выглядят революционным чудо-источником, полностью устраняя недостатки традиционных литий-ионных батарей.

На данный момент Graphenano — ведущий в мире производитель графена в промышленных объемах, и уже наработанный инженерами опыт позволяет назвать их профессионалами на этом революционном пути.

Графен чрезвычайно легок, лист площадью 1 квадратный метр весит 0,77 грамма, он прозрачен, гибок, водонепроницаем, в 200 раз прочнее стали, и при всем при этом не представляет угрозы загрязнения для окружающей среды. После повреждений материал легко восстанавливается. Сверхвысокая электропроводность графена позволяет получить скорость в чипах в 100 раз большую, чем у современных кремниевых чипов.

Графен легко проводит тепло, генерирует электроэнергию, и способен менять свои свойства в сочетании с другими материалами — в нем могут пересекаться даже мельчайшие атомы гелия.В конце 2015 года Graphenano открыли завод площадью более 7000 квадратных метров по производству графен-полимерных аккумуляторов в испанском городе Екла, благодаря объединению усилий с группой химиков из Национального университета Кордовы и компанией Grabat Energy. Было создано специальное оборудование для обеспечения 20 сборочных линий на 80 миллионов ячеек.

Выпуск первых аккумуляторов с высокой добавочной стоимостью запланирован на 2017 год. Эти аккумуляторы не будут производить газ и не будут пожароопасными, заявляют в Graphenano, даже короткое замыкание им не будет страшно. Полимер был сертифицирован при сотрудничестве с институтами Декра (Испания) и TUV (Германия).

Тестовые результаты уже превысили 1000 Ватт-часов на килограмм для нового графен-полимера. Не удивительно, что Graphenano заключили договора о сотрудничестве со многими лидерами аэрокосмической и автомобильной отраслей, а также с компаниями, занимающимися возобновляемыми источниками энергии.

Но, исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружили, что “материал будущего” графен, обещающий революцию во многих областях технологий, далеко не безопасен. Он может оказывать губительное воздействие на здоровье человека и окружающую среду.

Графен – это материал с уникальными свойствами, многие связывают с ним будущее всей электронной индустрии. Графен прочнее стали, гибок, обладает высокой электропроводимостью, при этом состоит всего из одного слоя атомов углерода. Эти свойства привели к тому, что материал стали воспринимать как основу для множества будущих “прорывных” изобретений человечества.

Тем не менее, до недавнего времени серьезным изучением экологических последствий применения нового материала никто не занимался. После продолжительного исследования ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде пришли к выводу, что графен может быть опасен.

Выяснилось, что при попадании материала в грунтовые воды гексагональная структура графена начинает разрушаться, микрочастицы довольно быстро теряют стабильность, разрушаются и значительного вреда принести не могут. А вот графеновое загрязнение поверхностных вод, в которых больше органики, а жесткость ниже, может оказаться гораздо более серьезным. Молекулярная структура графена такова, что острые выступы нано-частиц материала способны разрывать мембраны клеток живых организмов, что обуславливает его токсичность. Ученые призывают максимально тщательно изучить свойства графена до того, как его начнут активно использовать в производстве электроники.

Тем не менее, вряд ли это открытие остановят человечество от масштабного применения графена. Материал обладает настолько уникальными свойствами, что заменить его попросту нечем. Ни один сплав не может похвастаться такой теплопроводностью, выдающейся прочностью и максимальными из всех известных материалов электропроводящими качествами. Подвижность электронов в графеновых структурах в сто раз превышает показатель кремния, который в данный момент является основой практически всей электроники на планете.

По своим свойствам графен куда надежнее, чем сталь. Гаджеты будущего на его основе окажутся куда более устойчивыми к повреждениям, чем то, что мы имеем сейчас. Но и это еще не все – графен может в сто раз ускорить скорость доступа к Интернету, привести к революции в компьютерной индустрии, на несколько порядков увеличив мощность процессоров. Графен нашел применение в медицине, в укреплении старых зданий, в производстве электроэнергии и сотнях других областей.

Понравилась статья? Подпишитесь на канал, чтобы быть в курсе самых интересных материалов

Как и зачем ученые создают нанороботов?

Нанороботы ― это слово часто можно услышать или прочитать в новостях науки. Их называют одними из самых перспективных инструментов для лечения тяжелых болезней. Но что это такое? ITMO.NEWS объясняет вместе с лауреатом программы ITMO Fellowship & Professorship Дианой Маркозашвили.

Иллюстрация: Дмитрий Лисовский, ITMO.NEWS

По пунктам:

  1. Сейчас много говорят о нанороботах, а что это такое?
  2. А микросхемы и манипуляторы у них есть?
  3. Почему их тогда называют роботами?
  4. А что тогда такое наномашины?
  5. Как можно запрограммировать наноробота или наномашину, если они состоят всего из нескольких молекул? И вообще как их делают?
  6. Говорят, с их помощью мы сможем лечить очень тяжелые болезни. Как именно?
  7. Если они такие эффективные, то почему их еще нет в каждой больнице?
  8. А скоро наномашины станут общепринятым методом диагностики и лечения?

Сейчас много говорят о нанороботах, а что это такое?

Чаще всего под нанороботами подразумевают структуры с программируемым поведением, которые могут точно взаимодействовать и манипулировать другими объектами. И всё это ― на уровне наноразмеров, то есть на атомном и молекулярном уровне. Размеры таких роботов могут варьировать от одной десятой нанометра до ста нанометров, в зависимости от их конечного устройства.

Читайте также:  Разработан способ, позволяющий печатать трехмерные объекты

А микросхемы и манипуляторы у них есть?

В привычном нам понимании микросхем из полупроводников и манипуляторов, отлитых из металла, у них нет. Они состоят из молекул и атомов, причем их устройство может быть совершенно разным. Такие конструкции могут быть сделаны из органических соединений (белки, нуклеиновые кислоты), неорганических (соединения кремния, углерода, ферроматериалов) и их сочетаний.

Почему их тогда называют роботами?

Здесь следует внести уточнение: следует отличать наномашины от нанороботов. Отличие заключается в том, что, помимо сенсорной и двигательной части, робот должен иметь процессор как отдельную функциональную единицу. Иначе ― это машина. И следуя данной классификации, нанороботов пока еще не создали, хотя подвижки в эту сторону есть.

А что тогда такое наномашины?

Наномашины состоят из молекул и атомов, которые и являются аналогами моторов, манипуляторов и движущихся частей роботов из макромира. Например, наномашина, созданная самой природой ― жгутик бактерии: это настоящий автомат с микроскопическим «электродвигателем» и «ротором», приводящими жгутик во вращательное движение. Другой пример ― искусственно созданный биоинженерами из Америки шагающий молекулярный робот: он может ходить по ДНК и слушать команды «идти», «повернуть», «остановиться». То есть наномашины можно запрограммировать на определенное поведение. Например, в группе «Молекулярная робототехника и биосенсорные материалы» лаборатории SCAMT ученые делают наномашины из молекул ДНК. Их поведение программируется не машинным, а генетическим кодом.

Как можно запрограммировать наноробота или наномашину, если они состоят всего из нескольких молекул? И вообще как их делают?

Возьмем для примера наномашины на основе ДНК, которыми занимаются ученые SCAMT. Зная генетический код, они подбирают определенную нуклеотидную последовательность цепей и синтезируют короткие ДНК-цепочки. По законам образования химических связей и правилу комплементарности эти ДНК цепочки собираются в определенную структуру, которая может узнавать и связывать другие молекулы ДНК или РНК и разрезать их. То есть их проектируют так, чтобы они связывали именно нужные молекулы, а другие не трогали.

Говорят, с их помощью мы сможем лечить очень тяжелые болезни. Как именно?

Можно нацелить такую наномашину против патогена, вызвавшего болезнь. Или, если речь идет об эндогенных болезнях, которые возникают в организме без участия внешних патогенов, например, рак, то тут можно применять иной подход. У каждой болезни есть свой набор молекулярных маркеров, по которым ее можно распознать. И есть свои сломанные процессы: их можно починить или исправить. Если это невозможно, можно просто уничтожить сломанную клетку. Ученые придумали ДНК наномашин, которые одной своей частью распознают, что клетка больна, а другой бьют по жизненно важному внутриклеточному пути, в итоге уничтожая клетку. Таким образом, можно селективно избавляться от больных клеток, не трогая здоровые.

Если они такие эффективные, то почему их еще нет в каждой больнице?

Путь от идеи до финальной реализации, тем более на людях, крайне долгий. Во-первых, нужно отработать систему, убедиться, что она безукоризненно работает и уровень токсичности и побочных эффектов не критичен. Сначала новые разработки тестируют в пробирке ― in situ. Потом в клетках, которые живут в искусственных условиях ― это называется in vitro. Потом на модельных живых организмах, например, мышах ― это in vivo эксперименты. Все это является доклиническими исследованиями. Если все идет хорошо, то переходят к следующих этапам ― клиническим испытаниям на людях, тех, кто добровольно согласился испытать на себе новый препарат. В клинических испытаниях есть тоже несколько фаз. И только после успешного завершения всех исследований новый препарат может выйти в производство на рынок.

А скоро наномашины станут общепринятым методом диагностики и лечения?

Современная тенденция в мире изобретений ― это уменьшение размера и повышение эффективности. Поэтому и бионанотехнологии, объединяющие в себе инженерию и биохимию, завоевывают все большую популярность. Ведь одна наномашина сочетает в себе различный функционал, которым можно управлять, к тому же, ему доступны объекты на наноуровне, а это открывает новые возможности для диагностики и лечения заболеваний. Но в отличие от компьютерных технологий, что крайне быстро изменили нашу повседневную жизнь, у бионанотехнологий несколько более длинный путь выхода на рынок и в нашу повседневную жизнь. Но это лишь вопрос времени.

«Врачи-нанороботы» — миф или реальность?

14 октября 2016

«Врачи-нанороботы» — миф или реальность?

  • 5507
  • 2,7
  • 1
  • 2

Представьте то время, когда введенные в организм человека наномашины смогут вылечить смертельные заболевания или даже приблизить бессмертие. Ученые считают, что через десятилетия это будет обычным делом. А как думаете вы?

Автор
  • Альбина Киреева
  • Редакторы
    • Антон Чугунов
    • Андрей Панов
    • «Био/мол/текст»-2016
    • Медицина
    • Нано(био)технологии

    Статья на конкурс «био/мол/текст»: В книге «Машины создания» американского ученого Эрика Дрекслера была рассмотрена идея создания наноробота как «машины по ремонту клеток», которая смогла бы ставить диагноз, передавать информацию и создавать программу для лечения человека. Конечно, это звучит очень фантастично, но ученые уверяют, что в будущем такие «машины-нанороботы» помогут людям жить вечно: они смогут предотвратить множество болезней, излечиться от уже имеющихся и таким образом приблизиться к бессмертию. То, что это вполне возможно, доказывают современные научные исследования, а вот будет ли это доступным всем — совсем другой вопрос.

    «Био/мол/текст»-2016

    Эта работа опубликована в номинации «Бионанотехнология» конкурса «био/мол/текст»-2016.

    Генеральным спонсором конкурса, согласно нашему краудфандингу, стал предприниматель Константин Синюшин, за что ему огромный человеческий респект!

    Спонсором приза зрительских симпатий выступила фирма «Атлас».

    Спонсоры публикации этой статьи — Надежда и Алексей Браже.

    Около 20 000 лет тому назад человек
    начал одомашнивать растения и животных.
    Сейчас наступило время одомашнивать молекулы.

    Сьюзан Линдквист.

    Представьте, что вы заболели обычной простудой и направляетесь к врачу за лечением, но вместо того, чтобы выписать вам таблетки или укол, он направляет вас в медицинский центр, который «запустит» в вашу кровь крошечных роботов. Они обнаружат причину заболевания, отправятся в нужную систему органов и доставят необходимую дозу лекарственного препарата непосредственно в «зону поражения». Вы удивитесь, но современная медицина не так уж и далека от таких устройств, которые уже отчасти используются. Эти специфические устройства названы нанороботами, которые создаются на основе наноэлектронных структур и биотехнологий и приобретают новые физико-химические свойства, отличающиеся от составляющих их молекул и атомов [1]. Такие нанороботы будут способны функционировать в организме человека и выполнять разнообразные функции: от контроля молекулярных и клеточных процессов до диагностики и «ремонта» организма изнутри.

    Читайте также:  Создан робот, способный плавать и подниматься над поверхностью воды

    Наномедицина — что это?

    Окружающий нас мир меняется все быстрее и быстрее, и реальным становится то, что раньше было лишь вымыслом футурологов. Наномедицина и нанотехнологии коренным образом меняют взгляд человека на окружающий мир. О наномедицине, способной показывать человеку «чудеса» регенерации, решать проблемы биологического старения и многое другое, можно говорить, как о новой вехе в развитии современной науки.

    По определению Роберта Фрейтаса: «Наномедицина — это слежение, исправление, конструирование и контроль над биологическими системами человека на молекулярном уровне с использованием разработанных наночастиц и наноустройств» [2]. Возникновение наномедицины связывают с 1957 годом, когда будущий лауреат Нобелевской премии Ричард Фейнман прочитал лекцию в калифорнийском технологическом институте и произнес свою знаменитую фразу: «Внизу полным полно места» [3]. Он указал мировому сообществу, что, несмотря на фундаментальные знания о микромире, человечество не умеет использовать все свои возможности для продуктивной работы в данной отрасли. В то время его слова казались фантастикой, и мало кто мог предположить, что уже через несколько десятилетий появятся технологии, способные работать на молекулярном и атомном уровнях.

    «Молекулярные машины»

    Один из основоположников нанотехнологических разработок американский ученый Эрик Дрекслер в своих фундаментальных работах описал новую медицинскую технологию — использование «молекулярных машин». Начало развития этого направления можно связать с 1986 годом, когда Эрик Дрекслер опубликовал книгу «Машины создания. Грядущая эра нанотехнологии». Несколько позже, в 1991 году, он защитил докторскую диссертацию, а в 1992 году выпустил монографию «Наносистемы», где были изложены научные основания построения нанороботов — наномашин для ремонта клеток. По его мнению, медицинские нанороботы должны уметь диагностировать заболевания, доставлять лекарственные препараты, циркулировать в лимфатических и кровеносных сосудах человека и даже делать хирургические операции. Дрекслер предположил, что медицинские нанороботы предоставят возможность оживления людей, замороженных методами крионики [4].

    Как же создать «конструктор» из атомов и молекул?

    До сих пор не существует ни одной методики инженерного проектирования молекулярных структур в виде работоспособных крошечных роботов. Их еще предстоит разработать, но современные достижения науки настраивают на оптимизм: уже созданы моторчики диаметром 500 нм, которые могут использоваться в качестве двигателей для нанороботов , наножидкостные и наноэлектронные системы типа «лаборатории-на-чипе», разработано программное обеспечение для моделирования поведения нанороботов в организме человека. Существует практическая программа исследований, основанная Робертом Фрейтасом и Ральфом Мерклом в 2000 году и направленная на создание алмазной механосинтетической фабрики, которая будет создавать нанороботов на основе алмазных соединений [5].

    В 2016 году за разработку молекулярного двигателя Бернарду Ферринге была присуждена Нобелевская премия по химии: «Наноавтомобиль, молекулярный лифт и искусственные мышцы — названы лауреаты Нобелевской премии по химии 2016» [6]. — Ред.

    Наряду с нанороботами из алмазоидов, биоинженеры планируют активно создавать нанороботов из клеточных органелл и других биологических объектов: с митохондриями вместо аккумуляторов, миозиновыми волокнами для движения белковых жгутиков, рибосомами для синтеза необходимого белка, антителами для распознавания молекул, молекулами ферментов, вакуолями с самостоятельно синтезированным лекарственным веществом. Фактически это будет искусственно сконструированная живая клетка с заданными функциями [7], [8]. Геномика и протеомика развиваются такими темпами, что получение биологических нанороботов будет эффективным добавлением к механическим нанороботам.

    Несмотря на все достижения науки, действующие и эффективные конструкции нанороботов пока не разработаны и находятся на стадии задумок и проектирования. Есть три основных момента, на которых должны сосредоточиться ученые: навигация, питание и передвижение нанитов по кровеносным сосудам. Нанотехнологи рассматривают различные варианты для каждого из этих аспектов.

    1. Навигация нанороботов

    Внешние навигационные системы могут использовать множество различных методов, чтобы доставить наноробота в нужное место. Один из таких методов — применение ультразвуковых сигналов для обнаружения местоположения наноробота и направления его в место назначения. Врачам отправляли бы ультразвуковые сигналы в тело пациента и регистрировали их, работая на специальном оборудовании с ультразвуковыми датчиками.

    Используя магнитно-резонансную томографию (МРТ), врачи могли бы определять местонахождение наноробота и отслеживать его по магнитному полю.

    2. Питание нанороботов

    В качестве основных источников энергии предполагается использование собственных запасов непосредственно из кровотока человека. Наноробот с установленными электродами может сформировать «батарею» на основе электролитов, найденных в крови. Другой вариант заключается в создании химических реакций с кровью для превращения ее в энергию.

    Также существует предположение по дополнению функции митохондрий глюкозным механохимическим реактором.

    3. Передвижение нанороботов

    В настоящее время уже разработано несколько нанодвигателей различных типов, которые в будущем смогут обеспечить нанороботам перемещение в пространстве. Одним из таких двигателей является диэлектрофорезный наномотор [9]. Работа двигателя построена на процессе притягивания и отталкивания частиц в сильном неоднородном электростатическом поле.

    Другой вариант нашли израильские и немецкие ученые из Технологического института Технион (Израиль), Института интеллектуальных систем Макса Планка (Германия) и Института физической химии университета Штутгарта (Германия). В статье, опубликованной в сентябрьском выпуске ACS Nano 2014 года, израильская и немецкая команда объявила, что им удалось создать крошечный винтообразный придаток, который может двигаться в гелеобразной жидкости, имитирующий окружающую среду внутри живого организма [10]. Форма нанопропеллера далека от форм пропеллеров, которые мы привыкли видеть. Исследователи придали своему нанодвигателю форму спирали, которая представляет собой закрученную нить из кварца и никеля. Ширина спирали составляет 70 нанометров, а длина — 400 нанометров. Такие размеры делают спираль нанодвигателя в 100 раз меньше диаметра клетки крови человека. При этом управление происходит за счет переменного магнитного поля, полностью исключающего какие-либо виды облучения человеческого организма. Меняя параметры данного поля, ученые регулируют направление и скорость движения механизма, доставляя его точно в заданную точку тела.

    Читайте также:  Ученые выяснили, что уровень доверия людей к роботам выше, чем предполагалось

    Прототипы нанороботов

    С каждым годом микроробототехника существенно продвигается вперед. Только за последнее десятилетие в этой сфере появилось сразу несколько прорывных технологий.

    1. ДНК-нанороботы

    В 2014 году команда исследователей из Университета Бар-Илан в Израиле опубликовала статью в журнале Nature Nanotechnology, в которой продемонстрировала возможность создания нескольких нанороботов на основе нитей ДНК, которые затем были введены в организм лабораторных тараканов [11]. Эти ДНК-наноботы представляли собой свернутые особым образом и имеющие заданную последовательность молекулы ДНК, которые, попав в среду живого организма, начинали разворачиваться и взаимодействовать друг с другом и с клетками этого организма. Исследователи «размотали» нити ДНК, а затем «связали» их в новую структуру, похожую на «коробку-оригами» . В нее затем поместили по одной химической молекуле (рис. 1). При столкновении с определенными белками «ДНК-коробка» открывалась и высвобождала заключенные в изгибах ДНК химические частички, которые могли действовать согласно заложенной в них программе на процессы жизнедеятельности клеток организма или выступать в качестве лекарственных препаратов. Нанороботы были снабжены метками светящегося материала, благодаря которому было возможно определять их положение в пространстве и следить за перемещением. Во время эксперимента ДНК-нанороботы показали высокую точность функционирования и взаимодействия между собой, граничащую с точностью работы компьютерной программы.

    Рисунок 1. Робот представляет собой шестигранную призму, внутри которой спрятан «важный груз» — в данном случае, антитело, способное связываться с клетками крови тараканов. На рисунке — скриншот программы caDNAno, позволяющей моделировать структуру ДНК-оригами и подбирать необходимые для конструкции нуклеотидные последовательности.

    2. Наноробот — морской гребешок

    Ученые из Института интеллектуальных систем Макса Планка в 2014 году сконструировали необычного микроскопического робота для передвижения по жидкостям человеческого тела. Отличает его от всех прежних прототипов сходство с морским гребешком (рис. 2). Подобно этому моллюску наноробот способен передвигаться за счет движений створок «раковины» с помощью реактивной тяги. При этом роботу достаточно энергии внешнего электромагнитного поля, что позволило обойтись без источника питания и уменьшить размеры раковины [15].

    Рисунок 2. «Целебные гребешки». Такой механизм плавания нанороботов из полидиметилсилоксана открывает новые возможности в проектировании биомедицинских микроприборов.

    3. «Цинковые наноракеты»

    Исследователи из Калифорнийского университета Сан-Диего в 2015 г. создали нанороботов, способных перемещаться внутри живого организма и доставлять груз лекарственных препаратов в необходимое место, не влияя на организм [16]. Микродвигатель этих «молекулярных машин» имеет химическую природу и продвигает наноботов за счет пузырьков газа, выделяющихся в ходе реакции между жидкостью внутри организма и материалом, находящемся в двигателе (рис. 3). Подопытными живыми организмами были грызуны. Наниты, изготовленные из специального полимера, имели форму трубки длиной около 20 микрометров и диаметром 5 микрометров и были покрыты толстым слоем цинка. Нанороботы вводились в пищеварительный тракт животного и достигали его желудка, где цинк начинал реагировать с соляной кислотой, входящей в состав пищеварительных соков. Выделяющийся при этом водород вырывался из внутренней полости трубок-наноботов, превращая их в подобие миниатюрных ракет (видео 1).

    Рисунок 3. Устройство цинковых наномоторов. а — Механизм работы «цинкового мотора». б — Построение микродвигателей с помощью поликарбоната. в — Цинковые «наноракеты» под микроскопом. г — Фазы движения нанороботов.

    Видео 1. Движение созданного калифорнийскими учеными прототипа наноробота.

    Они развивали скорость около 60 микрометров в секунду, были способны покидать пределы желудка и закрепляться на стенках кишечника, где высвобождали наночастицы из лекарственных препаратов. Согласно данным, полученным в ходе эксперимента, наноботы оставались прикрепленными к стенкам кишечника в течение 12 часов, даже несмотря на прием пищи подопытным животным, что является доказательством их эффективности.

    4. «Шустрые» наниты

    Одним из последних достижений в области наноробототехники является создание исследователями из Университета Дрекселя крошечных роботов, способных развивать большую скорость в жидкой среде [17]. Нанороботы представляют собой цепочки из крошечных круглых частиц. Магнитное поле вращает частицы, подобно винту. При этом, чем длиннее цепочка, тем бóльшую скорость она может развить (рис. 4). Ученые создавали различных роботов: начиная с цепочки из трех «бусин» до цепочки из 13 частиц, которая достигала скорости 17,85 микрометра в секунду (видео 2). Движение наноботов было возможно благодаря применению внешнего магнитного поля. Чем быстрее была скорость вращения поля, тем быстрее перемещались цепочки. При этом высокая частота приводила к деформации цепочек и способствовала их разделению на более мелкие цепочки: из трех или четырех частиц. Ученые планируют использовать эти устройства в будущем для доставки лекарственных веществ по кровеносным сосудам.

    Рисунок 4. Скорость магнитных пловцов с различным количеством бусин.

    Видео 2. Нанороботы-трансформеры, созданные в Университете Дрекселя, США.

    По образу и подобию

    Какой станет медицина будущего? Как она изменит нас и наше отношение к жизни? Смогут ли «нанороботы-врачи» заменить человека? Эти вопросы звучат, как нечто фантастическое. Несмотря на то, что конструкция медицинских нанороботов существует пока в головах ученых, уже сейчас можно с гордостью говорить о достижениях нанотехологии в медицине: это и адресная доставка лекарств, и контроль биохимии процесса лечения, и диагностика заболеваний с помощью квантов, и лаборатория на чипе [18].

    Ожидается, что достижения в наноробототехнике станут доступными не ранее, через полвека, однако последние разработки в этой отрасли вселяют уверенность в то, что это произойдет намного раньше. Будем надеяться, что через пару веков гений человека сможет на практике использовать нанороботов в хирургических операциях, в лечении разнообразных заболеваний и, в конце концов, для оживления и «ремонта» человека [3].

    Читайте также:  Холдингом Mercedes-Benz создан электромобиль сегмента «премиум»

    Нанороботы внутри нас

    Встречаются наивные люди, утверждающие, что за миллиарды лет эволюции природа так и не изобрела колесо. Если бы они уменьшились до наноуровня и совершили путешествие внутрь живой клетки, то увидели бы не только колесо, но и электродвигатели, конвейеры, сборочные линии и даже шагающих роботов.

    По подсчетам биологов, в живой клетке функционирует около сорока известных науке молекулярных машин. Они возят грузы по молекулярным «рельсам», выступают в качестве «включателей» и «выключателей» химических процессов. Машины из молекул производят энергию для поддержания жизни, сокращают наши мышцы и строят другие молекулярные машины. А еще они вдохновляют ученых на строительство рукотворных нанороботов, которые в будущем смогут жить и работать во внутриклеточном мире.

    Чтобы представить себе, из чего и как ученые-гулливеры будут строить роботов-лилипутов, мы рассмотрели несколько наномашин, созданных самой природой.

    Экспертное мнение

    Александр Марков,
    биолог, популяризатор науки, профессор МГУ:

    В ходе эволюции очень легко возникают системы, выглядящие на первый взгляд «несократимо сложными». Они состоят из многих частей, которые приносят пользу только все вместе, убери одну — и вся система перестает работать, а каждая отдельная часть сама по себе вроде бы бесполезна. Это заставляет некоторых ученых поставить под сомнение теорию эволюции в целом. Но стоит начать разбираться, и выясняется, что эти системы на самом деле не являются «несократимо сложными». Удаление некоторых деталей не уничтожает молекулярную машину, а лишь снижает ее эффективность. Значит, в прошлом могла существовать машина без этой детали, а деталь присоединилась позже, что повысило эффективность работы. Но даже если удаление детали делает молекулярную машину нефункциональной, это может быть результатом долгой взаимной «притирки» деталей. Необходимо также помнить, что организму, не имеющему какой-то молекулярной машины, будет полезен даже очень простой, малоэффективный, едва работающий ее вариант.

    Жгутик бактерии

    Известный российский биохимик, академик РАН Владимир Скулачёв назвал движение бактерий одним из самых поразительных явлений природы: «Его исследование нанесло сокрушительный удар по нашему высокомерному снобизму вроде того, что биологическая эволюция, имея в своем распоряжении миллиарды лет, так и не смогла изобрести колесо».

    Схема «электродвигателя» бактерии гораздо больше напоминает инженерный чертеж, чем изображение живого организма. Главная деталь «мотора» — белок Mot A с ионными каналами, благодаря которым поток протонов заставляет ротор вращаться, как турбина

    Для передвижения в жидкой среде некоторые бактерии используют вращающийся жгутик, который приводится микроскопическим электродвигателем, собранным из нескольких белковых молекул. Раскручиваясь до 1000 об/мин, жгутик может толкать бактерию вперед с необыкновенно большой скоростью — 100–150 мкм/с. За секунду одноклеточное перемещается на расстояние, превосходящее его длину более чем в 50 раз. Если это перевести на привычные нам величины, то спортсмен-пловец ростом в 180 см должен был бы переплывать 50-метровый бассейн за полсекунды!

    Метаболизм бактерии устроен таким образом, что положительные ионы водорода (протоны) накапливаются между внутренней и внешней мембранами ее клетки. Создается электрохимический потенциал, увлекающий протоны из межмембранного пространства в клетку. Этот поток протонов проходит через «двигатель», приводя его в движение.

    Белковую структуру «мотора» называют комплексом Mot, который, в свою очередь, состоит из белков Mot A (статора) и Mot B (ротора). Ионные каналы в них расположены таким образом, что движение протонов заставляет ротор вращаться подобно турбине. Манипулируя структурой белка, некоторые бактерии умеют изменять направление и скорость движения, а иногда даже включать «задний ход».

    Наличие вращающихся частей у живого организма поначалу казалось столь невероятным, что потребовало серьезных экспериментальных подтверждений. Таких подтверждений было получено несколько. Так, в лаборатории академика Скулачёва бактерию характерной формы (в виде полумесяца, где передняя часть бактерии была вогнутой, задняя — выпуклой) прикрепляли жгутиком к стеклу и наблюдали за ней в микроскоп. Было хорошо видно, как бактерия вращается, постоянно показывая наблюдателю лишь переднюю часть, свою «впалую грудь», и никогда не поворачиваясь «спиной».

    АТФ-синтаза

    Протонная АТФ-синтаза — самый маленький в живой природе биологический мотор шириной всего в 10 нм. С его помощью живые организмы вырабатывают аденозинтрифосфат (АТФ) — вещество, которое служит основным источником энергии в клетке.

    АТФ состоит из аденозина (соединение хорошо знакомого нам по ДНК азотистого основания аденина и сахара рибозы) и трех последовательно подсоединенных к нему фосфатных групп. Химические связи между фосфатными группами очень сильные и содержат много энергии. Эта консервированная энергия может пригодиться для питания самых разнообразных биохимических реакций. Однако сперва необходимо определенным образом приложить энергию, чтобы упаковать аденозин и фосфатные группы в молекулу АТФ. Этим и занимается АТФ-синтаза.

    Поступающие в организм жирные кислоты и глюкоза проходят многочисленные циклы, в процессе которых специальные ферменты дыхательной цепи откачивают положительные ионы водорода (протоны) в межмембранное пространство. Там протоны накапливаются, как войско перед битвой. Создается потенциал: электрический (положительные заряды снаружи митохондриальной мембраны, отрицательные внутри органеллы) и химический (возникает разница концентраций ионов водорода: внутри митохондрии их меньше, снаружи больше).

    Известно, что электрический потенциал на мембране митохондрий, которая служит хорошим диэлектриком, достигает 200 мВ при толщине мембраны всего 10 нм.

    Накопившись в межмембранном пространстве, протоны, подобно электрическому току, устремляются назад, в митохондрию. Они проходят по специальным каналам в АТФ-синтазе, которая встроена во внутреннюю сторону мембраны. Поток протонов раскручивает ротор, будто река водяную мельницу. Ротор вращается со скоростью 300 оборотов в секунду, что сопоставимо с максимальными оборотами двигателя болида «Формулы-1».

    Читайте также:  Анонсированы наушники, способные переводить с 40 языков

    Как и в случае со жгутиками бактерий, движение ротора АТФ-синтазы было подтверждено экспериментально: прикрепив к вращающемуся участку помеченный флуоресцирующим красителем белок актин, похожий на длинную нить, ученые своими глазами увидели, что он вращается. И это несмотря на то, что соотношение размеров у них такое, как если бы человек размахивал двухкилометровой плетью

    АТФ-синтазу по форме можно сравнить с грибом, «растущим» на внутренней стороне мембраны митохондрии, при этом описанный выше ротор прячется в «грибнице». «Ножка гриба» вращается вместе с ротором, и на ее конце (внутри «шляпки») закреплено некое подобие эксцентрика. Неподвижная «шляпка» условно делится на три дольки, каждая из которых деформируется, сжимается при прохождении эксцентрика.

    К «долькам» прикрепляются молекулы аденозиндифосфата (АДФ, с двумя фосфатными группами) и остатки фосфорной кислоты. В момент сжатия АДФ и фосфат прижимаются друг к другу достаточно сильно, чтобы образовать химическую связь. За один оборот «эксцентрик» деформирует три «дольки», и образуется три молекулы АТФ. Помножив это на количество секунд в сутках и примерное количество АТФ-синтаз в организме, мы получим удивительную цифру: ежедневно в человеческом теле вырабатывается примерно 50 кг АТФ.

    Все тонкости этого процесса необычайно сложны и многообразны. За их расшифровку, которая потребовала почти ста лет, были вручены две Нобелевские премии — в 1978 году Питеру Митчеллу и в 1997 году Джону Уокеру и Полю Бойеру.

    Кинезин

    Кинезин — это линейный молекулярный мотор, передвигающийся по клетке вдоль путепроводов — полимерных нитей. Будто портовый грузчик, он перетаскивает на себе всевозможные грузы (митохондрии, лизосомы), используя в качестве топлива молекулы АТФ.

    Внешне кинезин похож на сплетенного из тонких веревок игрушечного «человечка»: он состоит из двух одинаковых полипептидных цепей, верхние концы которых сплетены и соединены вместе, а нижние расставлены в стороны и имеют на концах «ботинки» — глобулярные головки размером 7,5×4,5 нм. При движении эти головки на нижних концах поочередно отрываются от полимерной «тропинки», кинезин поворачивается на 180 градусов вокруг своей оси и переставляет одну из нижних «стоп» вперед. При этом если один его конец при движении тратит энергию (молекулу АТФ), то другой в это время высвобождает компонент для образования энергии, АДФ. В итоге получается непрерывный цикл подачи и траты энергии для полезной работы.

    Кинезин, шагая по «тропинкам» из микротрубок, переносит различные грузы в клетке

    Как показали исследования, кинезин способен довольно бодро вышагивать по клетке своими «веревочными» ножками: делая шаг длиной всего 8 нм, за секунду он перемещается на гигантское по клеточным меркам расстояние в 800 нм, то есть делает 100 шагов в секунду. Попробуйте представить себе такие скорости в человеческом мире!

    Искусственные наномашины

    Человеком, который подтолкнул научный мир к созданию нанороботов на основе биологических молекулярных устройств, стал выдающийся ученый-физик, нобелевский лауреат Ричард Фейнман. Его лекцию 1959 года с символичным названием «Там внизу еще много места» биоинженеры всего мира считают отправной точкой в этом нелегком деле.

    Прорыв, позволивший перейти от теории к практике, случился в начале 1990-х годов. Тогда английские ученые из Университета Шеффилда, Фрэйзер Стоддарт и Нил Спенсер, и их итальянский коллега Пьер Анелли сделали первый молекулярный челнок — синтетическое устройство, в котором происходит пространственное перемещение молекул. Для его создания используют ротаксан — искусственное вещество, в котором кольцевая молекула (кольцо) нанизана на линейную молекулу (ось). Отсюда и название вещества: лат. rota — колесо и axis — ось. Ось в ротаксане имеет форму гантели, чтобы с помощью объемных групп на концах не позволять кольцу соскальзывать со стержня.

    Челнок на основе ротаксана перемещает кольцевую молекулу вдоль линейной, на которой она держится, с помощью протонов (ослабляя или увеличивая водородные связи, удерживающие по центру кольцевую молекулу) и броуновского движения, толкающего вперед кольцо. Это похоже на брошенный в ручей резиновый мячик, привязанный к веревке: ослабили веревку (водородные связи) и стремительный ручей (броуновское движение) подхватит мяч и увлечет его вперед. Натянули веревку — мяч возвратится назад.

    В 2010 году группа американских биоинженеров, Милан Стоянович и его коллеги, создали молекулярного наноробота, способного перемещаться по ДНК. В ходе эксперимента ученые смогли проследить, как их наноробот смог самостоятельно сделать 50 шагов и передвинуться на 100 нм. Робот, внешне напоминающий паука, может автономно выполнять несколько команд: «идти», «повернуть», «остановиться». По мнению авторов, он очень востребован в медицине в качестве доставщика лекарств в клетку.

    «Наномашина» — это «четырехколесная» молекула, созданная в 2005 году группой под руководством профессора Джеймса Тура (Университет Райса). Собственного мотора у нее нет, однако при нагревании поверхности до порядка 200°C фуллереновые колеса начинают вращаться, и машинка катится

    В 2013 году английские и шотландские биоинженеры под руководством Дэвида Лея смогли создать первый в мире молекулярный наноконвейер: наномашину, способную собирать пептиды, короткие белки. В природе эту задачу выполняют рибосомы — органеллы, находящиеся в наших клетках. Биоинженеры взяли за основу для своей машины молекулу ротаксана и на ее «стержне» смогли собрать из отдельных аминокислот белок заданного свойства. Правда, в соревновании с природной сборкой белков в рибосоме искусственная молекулярная машина пока проигрывает: ей понадобилось 12 часов на присоединение каждого аминокислотного остатка, в то время как рибосомы справляются с этой задачей быстрее чем за секунду.

    Несмотря на это, исследователи с оптимизмом рассматривают свою разработку. «Вы получаете машину, которая точно движется, поднимает молекулярные строительные блоки и ставит их вместе. Если природа делает это, почему не можем мы?» — отметил профессор Лей.

  • Ссылка на основную публикацию