Het principe van een rastertunnelmicroscoop
Onderzoekers uit Spanje, Portugal, Engeland en Duitsland hebben een manier ontwikkeld om de magnetische oriëntatie van afzonderlijke atomen te veranderen. Die oriëntatie wordt veranderd door de elektrische koppeling met naburige atomen te veranderen, waarmee je een soort aan/uit- of 0/1-toestand kan creëren. Deze ontwikkeling biedt zicht op uiterst verfijnde structuren en systemen voor de opslag en verwerking van gegevens. Lees verder
Op het snijvlak van de schade groeit rond de nanostaafjes nieuw materiaal (afb: univ.van Pittsburgh)
Er bestaan materialen die kleine scheurtjes zelf herstellen, maar bij de universiteit van het Amerikaanse Pittsburgh schijnen ze nu een polymeergel ontwikkeld te hebben, die hele beschadigde delen zelf repareert. “Dat is niet eerder vertoond”, zegt onderzoekster Anna Balazs, hoogleraar chemische en olietechnologie aan de universiteit. “Dat kan grote gevolgen hebben voor de duurzaamheid. Hierdoor kan de levensduur van producten aanzienlijk worden verlengd.” Lees verder
Schematische voorstelling van de eiwitproductie in een (klei)hydrogel (afb.: Nature-artikel)
Hebben we net een paleontoloog (fossieldeskundige) gehad die zeker weet hoe het leven op aarde een aanvang nam, nu moeten we die mededeling weer met een korrel zout nemen, (b)lijkt. Onderzoekers van de Amerikaanse Cornell-universiteit beweren dat het leven begonnen is in klei. Ze hebben hun stelling proberen te onderbouwen door in klei met behulp van DNA en aminozuren eiwitten te produceren. Hypothese nummer zoveel (met wat onderbouwing, dat wel). Lees verder
Valerie Nesvisjevki (foto: ETHZ)
Al zo’n jaar of zestig worden uiterst koude neutronen (ongeladen kerndeeltjes) gebruikt om een verklaring te vinden voor de oorsprong van materiaal in het heelal en voor hoe de zwaartekracht past in het algemene krachtenplaatje. Nu blijken die ultrakoude neutronen (ukn’s) ook een beeld te kunnen geven van hoe uiterst kleine deeltjes langs een oppervlak bewegen, zoals virussen langs een celmembraan. Het lijkt er op dat de uiterste koude neutronen scheikundigen, biologen en ingenieurs een kijkje kunnen gunnen in een tot nog toe onzichtbare wereld. Lees verder
Onderzoek aan de universiteit van Californië onder leiding van Alexander Balandin heeft waarschijnlijk een remedie opgeleverd voor een zwakte in de verder zo voortreffelijke eigenschappen van grafeen. Voor toepassing in de elektronica kan grafeen bogen op een uitstekende elektrische en ook thermische geleidbaarheid. Het zwakke punt van grafeen bij toepassing in de elektronica is echter dat het geen verboden zone of bandkloof heeft zoals halfgeleiders. Dat betekent in gewone-mensentermen dat een grafeentransistor nooit helemaal uitgezet (=0) kan worden. Die blijft lekken. Dat is in de wereld van de enen en de nullen een probleem. Pogingen om grafeen een bandkloof te bezorgen via trucs als kwantumputten of oppervlaktebehandeling hadden geen succes.
Het Californische onderzoeksteam besloot niet het materiaal te veranderen, maar de manier waarop de informatie wordt verwerkt. De huidige computers werken met Booleaanse algebra, met de enen en de nullen. De onderzoekers lieten zien dat je met grafeen niet-Booleaanse rekentechnieken kunt toepassen, die gebruik maken van niet-lineaire netwerken. Als je gebruik maakt van de elektrische eigenschappen van grafeen, is ook met dat ‘lekke’ materiaal te rekenen, tonen de onderzoekers in hun studie aan, zo lang je maar geen Booleaanse algebra probeert te gebruiken. Als die technieken worden toegepast, dan zou, met grafeen, de schaalgrootte weer een stuk naar beneden kunnen bij een weer geringer energieverbruik en blijft Moore (die van de wet) weer langer blij.
Bron: Eurekalert
Veranderingen in de samenstelling van een glycaan, gebonden aan een eiwit (lichtgrijs) en drie verschillende lectines (kleur; lectines zijn eiwitten die glycanen kunnen ‘herkennen’.
Glycanen zijn suikers die je als de eerste verdedigingslinie van ons afweersysteem zou kunnen beschouwen. Ze spelen een rol in het op gang brengen van de ’trein’ van het afweersysteem als er indringers zijn gesignaleerd. Het meten van glycanen zou een adekwate methode zijn om ziektes vroegtijdig op het spoor te komen. Het probleem daarbij was de ingewikkeldheid van dit type suikers. De Slowaakse onderzoeker Ján Tkáč heeft samen met zijn medewerkers een biochipsensor ontwikkeld, waarmee, met behulp van binding aan lectines (een bepaald soort eiwitten), de veranderingen in de glycosylering (het binden aan eiwitten of andere organische moleculen) kan worden gedetecteerd, waardoor zo een ziekte bijtijds op het spoor kan worden gekomen. Op deze manier zouden, bijvoorbeeld, kankercellen kunnen worden opgespoord. De gevoeligheid van deze sensor zou een miljoen tot een miljard maal hoger zijn dan die van fluorescentiebiochips, stelt Tkáč.
De chips zijn zo klein dat ze ook in het lichaam toegepast kunnen worden. Op die manier zouden ook indringers kunnen worden getraceerd, die er veel ‘werk’ van maken zich af te schermen van het afweersysteem zoals sommige kankercellen of HIV. Binnen het onderzoeksproject, ELENA gedoopt, zou de glycaanmeter ook betrouwbaarder (moeten) zijn. Analysemethodes waarbij met ‘markeringen’ zoals fluorescentie wordt gewerkt om interacties te kunnen constateren zouden invloed op het meetresultaat kunnen hebben. “Wij meten een elektrische weerstand en hebben geen markeerders nodig. Zo kunnen we de reacties op een natuurlijker wijze meten, dichter bij de bron, waardoor de meting sneller, gevoeliger en betrouwbaarder kan zijn”, zegt de onderzoeker.
Bron: Alpha Galileo
Onderzoekers van de Amerikaanse Vanderbilt-universiteit hebben met succes het afweersysteem voor de mal gehouden met nanobolletjes van goud die bekleed waren met een bepaald eiwit dat kenmerkend is voor het verkoudheidsvirus RSV. Onderzoeksleider James Crowe denkt dat de gebruikte techniek ook is te gebruiken bij vaccinering tegen andere virusinfecties. Meestal is het virus tamelijk ‘vriendelijk’, maar in sommige gevallen kan besmetting een dodelijke afloop hebben. Wereldwijd zouden er, op jaarlijks 65 miljoen besmettingen, enkele honderdduizenden doden RSV-vallen, zo stelt het webblad Science Daily.
De ‘boosdoener’ bij dit verkoudheidsvirus is het eiwit dat F genoemd wordt. Dat zit aan de buitenkant van het RS-virus. Het eiwit zorgt er voor dat het virus een cel binnenkomt en ook dat cellen samenklonteren waardoor het virus moeilijk te bestrijden is door het afweersysteem. Het blijkt ook lastig om op basis van gedeactiveerd of dood virus een goed werkend vaccin te maken tegen dit type verkoudheid.
De spil waar alles om draait is dat eiwit F, zo was de redenering van de onderzoekers. Als dat aan het afweersysteem ‘geleverd’ zou kunnen worden, kan dat zijn ‘plan’ trekken en het virus te lijf gaan als dat nodig is. De onderzoekers besloten een soort nepvirus te maken om een adequate afweerreactie van het lichaam uit te lokken: piepkleine nanobolletjes van goud (21 nm x 57 nm) die qua vorm op het virus lijken, bedekt met eiwit F. Het bleek dat dendritische cellen, die controleren in het bloed voortdurend of er vreemde indringers zijn, reageerden op de aanwezigheid van het ‘nepvirus’. Er werden, zoals het hoort, T-cellen aangemaakt die het virus te lijf gaan. Niet alleen bleken de gouden nepvirussen het immuunsysteem te activeren, ook zou het onderzoek hebben aangetoond dat de goudbolletjes geen gezondheidseffecten hebben, waarmee de weg naar de ontwikkeling van een nieuw type vaccin zou openliggen. Volgens Crowe zou deze nieuwe vaccinvorm niet alleen bij de bestrijding van virusinfecties kunnen worden gebruikt, maar ook bij het onschadelijk maken van bacteriële of schimmelinfecties. Nu moet Crowe nog laten zien dat het gouden vaccin ook in het menselijk lijf werkt.
Bron: Science Daily
Yoke Khin Yap, hoogleraar natuurkunde aan de technische universiteit van Michigan, heeft veldeffecttransistors ontwikkeld waar geen halfgeleider aan te pas komt. De, nog experimentele, transistor, bestaat uiterst minieme gouddruppels ter grootte van 3 nanometer ( 1nm is eenmiljoenste millimeter) en nanobuisjes van boornitride. Boornitride is een isolator (geleidt geen elektriciteit).
Nu is silicium nog het favoriete materiaal in de elektronica, maar dat materiaal loopt tegen de grenzen van zijn mogelijkheden aan. Steeds maar kleiner levert op de duur geen bruikbare transistors meer op. Er ontstaan ‘lekeffecten’. Siliciumtransistors verkwisten een hoop energie in de vorm van warmte.
Het maken van de goudtransistors was relatief simpel. Met een laser werden de gouddruppeltjes op het boornitridebuisje aangebracht. Door die nanobuisjes konden die druppels zo klein zijn en zo regelmatig verdeeld worden. In Oak Ridge nationaal laboratorium werden aan beide zijden van zo’n reeks gouddruppeltjes op een boornitridebuisje elektroden aangebracht (zie plaatje).
Toen gebeurde er iets interessants. De elektronen ’tippelden’ netjes een voor een van gouddruppel naar gouddruppel alsof dat stapstenen waren in een rivier, waardoor je met droge voeten aan de overkant kan komen. Dat kan eigenlijk niet, omdat de bolletjes fysiek gescheiden zijn en boornitride een isolator is. Dat ‘onmogelijke’ effect wordt het kwantumtunneleffect genoemd.
In de praktijk betekent dat boven een bepaalde spanning de transistor zich als geleider gedraagt, daaronder als isolator. Er treden geen lekeffecten op zoals bij silicium en dat zou betekenen dat de goudtransistoren letterlijk koel zijn.
Er zijn al eerder transistors gemaakt die gebruik maken van het kwantumtunneleffect, maar die werken bij zeer lage temperaturen van vloeibaar helium (-269 °C). In theorie zouden de goudtransistoren nog kleiner gemaakt kunnen worden. Yap heeft zijn transistor aangemeld als internationaal octrooi. Zijn onderzoek is medegefinancierd door het Amerikaanse ministerie van energie DoE.
Bron: Eurekalert
Het Franse webblad Futura-Sciences kwam onlangs met een tikkeltje belegen verhaal, maar daarom niet minder interessant, over het passief koelen van gebouwen. Vooral in Amerika worden gigantische hoeveelheden aan energie verspild met het koelen van gebouwen in de zomer. Aan de Amerikaanse universiteit van Standford hebben ze nu een systeem ontwikkeld waarmee je gebouwen ’s zomers kunt koelen zonder dat de elektriciteitsmeter loopt. Het systeem zou energetisch voordeliger zijn dan een koelsysteem dat draait op zonnecellen.
Het koelen van gebouwen is aanleg simpel: je kaatst het zonlicht (inclusief de warmte) terug. Dat werkt een klein beetje. Het grootste deel van de warmte komt toch wel via een omweg in het gebouw. Bovendien wordt de reflector zelf warm waardoor er van koelen niks meer terecht komt. De Stanford-onderzoekers, aangevoerd door Shanhui Fan, zeggen dat hun passieve koelsysteem zelfs midden overdag in de zomer koelt.
Om dat te bewerkstelligen moet het systeem zo veel mogelijk zonlicht terugkaatsen, zonder zelf warm te worden, en de warmte-energie uit het gebouw zelf zo ver mogelijk de ruimte in ‘schieten’. Dat is lastig want de meeste straling blijft in de atmosfeer hangen (het welbekende broeikaseffect). De aardatmosfeer laat alleen warmte in een bepaald golflengtegebied door.
Het nu gerealiseerde systeem voldoet aan beide eisen: het kaatst een groot deel van het zonlicht terug en zendt een deel van de warmtestraling, waarvoor de aardatmosfeer ‘doorzichtig’ is, de ruimte in waardoor het ‘bepaneelde’ gebouw dus (passief) koelt. De onderzoekers fabriceerden een fotonische nanostructuur die het zonlicht terugkaatst (op het plaatje de gele piek links) en de warmte van het gebouw weg ‘schiet’ (de twee paarse pieken rechts op het plaatje). Het materiaal bestaat vooral uit kwarts en silciumcarbide (zie plaatje bij a). Beide stoffen absorberen weinig zonlicht. De capaciteit van de nanopanelen ligt op zo’n 100 W per vierkante meter. Dat betekent dat als de Sanford-panelen 10% van het dak van een eensgezinswoning zouden bedekken, daarmee 35% op de (elektrisch aangedreven) koelcapaciteit zou kunnen worden bespaard, zo geeft de universiteit in een bericht als rekenvoorbeeld. De techniek lijkt een grote toekomst tegemoet te gaan, want uiteraard wordt het niet alleen in de VS ’s zomers warm.
Bron: Futura_Sciences (foto Sandford)
Er is volop activiteit op het gebied van kwantumcomputers, maar of die magische (en sterk overschatte) computer daarmee dichterbij komt, is nog maar de vraag. Nu weer kondigen onderzoekers van de Australische universiteit van New South Wales aan dat ze een werkende kwantumbit hebben gefabriceerd van een enkele atoomkern. Zo’n kern draait, linksom of rechtsom. Die zogeheten kernspin heeft dus twee posities (+ en – of 1 en 0). Dat lijkt op de ‘ouderwetse’ computer, met dat verschil dat de kwantumwereld een bijzonder vreemde is. In die wereld kan de spin én + én – zijn, de zogeheten superpositie. Prof.Dzurak, student Jarryd Pla en Andrea Morello bij hun apparatuur
Toch blijk je met die onzekerheid een ‘kwantumhardeschijf’ te kunnen bouwen (want daar gaat het hier eigenlijk om). Om die kwantumbit uit te lezen gebruikten de Australiërs kernspinresonatie; een techniek die al langer in gebruik is bij chemici, maar sinds de introductie in de medische techniek (MRI) ook bij de gewone aardbewoner bekend is. Met die techniek manipuleerden ze de afzonderlijke kwantumbits (fosforkernen) bedoeld om het opslaan van gegevens na te bootsen en het weer uitlezen van die gegevens. “We bereikten een uitleesbetrouwbaarheid van 99,8%”, stelt hoogleraar Andrew Dzurak. Die gerealiseerde nauwkeurigheid is even hoog als bij wat tot nu toe als de ideale kwantumbit wordt beschouwd: de ionval, een atoom in een elektromagnetische ‘val’ in een vacuümkamer, waarvoor in 2012 de Nobelprijs voor de natuurkunde werd uitgereikt. “Onze kwantumbit is even nauwkeurig als de ionvalqubit, maar je hebt geen vacuümkamer nodig en alles is te doen met de siliciumtechnologie zoals die nu gebruikelijk is”, zegt Dzuraks collega-onderzoeker Andrea Morello. Volgens de onderzoekers zou de gebruikte techniek volledig ongevoelig zijn voor verstoringen van buitenaf, een nogal hachelijk punt in de kwantumtechnologie.
De kernspinbits zijn vooral geschikt voor de opslag van gegevens, zo denken de onderzoekers. Voor het rekendeel van de kwantumcomputers komen kwantumbits die werken met de draaiing van elektronen (elektronspins) eerder in aanmerking, zo is hun verwachting. Eerder berichten de Australische onderzoekers, die samenwerken met de universiteit van Melbourne, over de ontwikkeling van een elektronspinkwantumbit. De Australische onderzoekers, die de kwantumbits in ‘eigen huis’ vervaardigen, werken aan de verbetering van de nauwkeurigheid door nog zuiverder silicium te gebruiken.
Dat is mooi, maar voorlopig is die kwantumcomputer er nog niet…
Bron: Eurekalert