Bakterie, která sklízí světlo

Sada genů známých z mořských mikroorganismů dává běžné bakterii schopnost přeměňovat světlo v energii.

Výzkumníci z MIT dokázali (v jediném genetickém kroku) upravit známou bakterii E. coli tak, že syntetizovala dva proteiny: proteorhodopsin, který je podobný proteinu, nacházejícímu se v lidské oční sítnici, a retinal, což je fotosenzitivní molekula, která se váže na proteorhodopsin. A když je na ni navázaná a na komplex dopadne světlo, pumpuje skrz buněčnou membránu elektrony. Vzniklý elektrický gradient pak působí jako zdroj energie.

"Obyčejná" E. coli energii samozřejmě negeneruje: naopak, potřebuje jako zdroj energie organické sloučeniny, jako jsou například cukry. Výzkum MIT je zajímavý hlavně tím, že dává naději na vytvoření mikroorganismů, které by dokázaly z organických sloučenin vytvářet užitečné produkty, místo aby je pouze jednoduše "spalovaly". Bezprostřední pokračování tohoto výzkumu však bude zaměřeno hlavně na zvýšení energetické účinnosti systému.

Z teoretického pohledu je zajímavé, že využitý způsob výroby energie nemá nic společného s fotosyntézou založenou na chlorofylu. Jde o další střípek do mozaiky pochopení evoluce mikroorganismů.

Superčočky

Nový materiál díky své nanostruktuře boří limity pro optické čočky.

Na University of California v Berkeley se podařilo vyrobit čočky, které umožní rozlišit dvě paralelní čáry ve vzdálenosti 130 nanometrů. Konvenční mikroskopy by takové dvě čáry zobrazily jako jednu tlustou. Platí totiž dosud nezpochybněné pravidlo, že optické zařízení umožňuje pozorování s maximálním rozlišením rovným polovině vlnové délky použitého světla, resp. elektromagnetického záření. Protože viditelné světlo sestává ze záření o vlnových délkách nad zhruba 400 nanometrů, nejmenší v něm pozorovatelné detaily dosud musely měřit alespoň 200 nm.

Rozdíl mezi 200 a 130 nanometry je zdánlivě malý, ale toto vylepšení by umožnilo pozorovat buněčné procesy, zvýšit přesnost fotolitografie nebo uložit víc dat na optický disk.

Princip, na němž rozšíření možností mikroskopu spočívá, tkví v tom, že do cesty světlu je vložen krystal a světlo prochází osou prohlubně, která je v něm vytvořena. Stěny prohlubně jsou pokryty střídavě 35 nm silnými vrstvami stříbra a oxidu hlinitého. Toto uspořádání umožní shromáždit o pozorovaném objektu víc optických informací. Ty pak vstupují do klasického mikroskopu.

Popsané řešení zatím funguje pouze, když se krystal s prohlubní přímo dotýká pozorovaného předmětu. Další vylepšení by mělo umožnit i pozorování bez dotyku.

Myši, co lépe vidí

Geneticky upravené myši dostaly třetí optický senzor.

Vědcům z Johns Hopkins University a z University of California v kalifornské Santa Barbaře se podařilo vytvořit myši, které jsou schopny tříbarevného vidění. Po dlouhém tréninku začaly myši rozlišovat barvy, které normální myši rozeznat nedokážou.

Konkrétně jde o červenou barvu. Tu normální myši nemají šanci rozeznat od zelené. Myši, geneticky upravené tak, že měly "odblokovaný" gen pro fotocitlivý protein, který dokáže detekovat červené světlo, to dokázaly. V testech se naučily reagovat pouze na červené světlo, zatímco zelené ignorovaly. Obyčejné myši se to nebyly schopny naučit. Ukázalo se, že myši nemusely k zapojení třetího senzoru vytvořit žádná dodatečná nervová spojení.

Tento výzkum je zajímavý tím, že umožňuje pochopit, jak asi primáti, což jsou jediní živočichové s tříbarevným viděním, rozvíjeli své zrakové schopnosti.

Pokračování tohoto výzkumu bude zaměřeno na další zkoumání toho, jak přesně se optický systém upravených myší adaptuje, aby dokázal využít výhod nově získaných informací.

Samosestavitelné baterie

Baterie, které se autonomně sestavují, by mohly sloužit jako zdroj energie mikroskopických strojů a mikroelektronických zařízení.

Vědci na MIT vytvořili baterii tím, že do nádoby s jednou elektrodou dali elektrolyt, v němž rozptýlili do formy suspenze částečky, které se vzápětí shlukly a vytvořily druhou elektrodu. Podstatné je, že původní elektroda tyto částečky odpuzuje. Další výzkum bude směřovat k tomu, aby bylo možné popsaným způsobem samovolně vytvořit obě elektrody. Pak by bylo možné "nechat je vzniknout" automaticky, v průběhu výroby mikroskopických zařízení. Výhodou by přitom byla možnost prakticky neomezeně tyto baterie zmenšovat a využívat pro ně i jinak těžko přístupné prostory.

Levnější lasery

Nový typ zrcadla umožní dělat lasery menší a s vyšší účinností.

Na University of California v Berkeley se podařilo vyrobit tenčí lasery a hlavně v jediném technologickém kroku. To zjednodušuje výrobu a dramaticky šetří náklady. Nové zrcadlo má navíc vyšší odrazivost.

Zrcadla běžně používaná v laserové technice sestávají z asi 80 vrstev různých materiálů. Přestože jejich výroba je vysoce automatizovaná, je jasné, že každá vrstva zvyšuje náklady.

Zrcadla mají v laserech funkci prvku, který zvyšuje intenzitu záření. Zjednodušeně řečeno, světelný paprsek je lapen mezi zrcadla, která opustí, až když opakovanými odrazy "nasbírá" dostatečnou energii. Novinka funguje nejen jako jednotlivé zrcadlo, ale zastupuje celý zrcadlový systém laseru. Je to mřížka z paralelních tyčinek z aluminum gallium arsenidu, mezi nimiž je vzduch. Fotony, které mají později vytvořit laserový paprsek, se po nárazu na mřížku odrážejí vždy v pravém úhlu, dokud nenasbírají takovou energii, až jednou mřížkou projdou.

Dalším krokem by mělo být využití těchto zrcadel v "laditelném" laseru. To je laser, který by byl schopen měnit vlnovou délku emitovaného záření; vědci si od něho slibují nevídaný pokrok v telekomunikacích nebo v oblasti biologických a chemických senzorů.

Internetem bez myši

Místo pohybu myší bude stačit pouhý pohled.

Na Stanford University vyvinuli jednoduše použitelnou alternativu ke stávajícím polohovacím zařízením: je to systém, který uživateli umožní pohybovat kurzorem a zadávat počítači příkazy pouhým pohledem na monitor a na klávesnici.

Počítačová rozhraní založená na sledování oka uživatele nejsou ničím novým a hlavně postižení je využívají již dávno. Až dosud však nebyly dostatečně uživatelsky příjemné, aby se s nimi naučili pracovat i ti, kdo bezpodmínečně nemusí.

Systém vyvinutý na Stanfordu využívá pro sledování oka standardní hardware. V monitoru je zabudován zdroj infračerveného světla a kamera snímá polohu a pohyby uživatelovy zřítelnice (využívá k tomu odraz infračerveného záření od rohovky). Složitý software pak zjištěné pohyby interpretuje: například "kliknutí" na link spustí typický průběh zaostření oka na příslušné místo na monitoru.

Při testech této technologie pomocí psaní na klávesnici byla chybovost okolo 20 procent. Autoři to přikládají tomu, že lidé ve skutečnosti často neostří zrak přímo na žádoucí místo a spoléhají se na periferní vidění. V následné etapě zdokonalování této technologie se proto soustředí na vyladění algoritmů tak, aby takto vzniklé chyby dokázaly kompenzovat.

Copyright (c) 2007 Massachusetts Institute of Technology.

All Rights Reserved. Distributed by Tribune Media Services.

Související