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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Un team guidato da ricercatori della UCLA Henry Samueli School di Ingegneria e Scienze Applicate ha creato un metallo strutturale super-forte ma leggero con un forza specifica eccezionalmente resistente in termini assoluti. Il nuovo metallo è composto da magnesio infuso in maniera densa e omogenea con nanoparticelle ceramiche di carburo di silicio. Potrebbe essere utilizzato per creare aeroplani, moduli spaziali e auto più leggere – aiutando a migliorare l’efficienza energetica di questi mezzi – come anche nell’industria dell’elettronica portatile e dei dispositivi biomedici.

Per creare questo metallo super-forte ma leggero, la squadra ha trovato un nuovo modo per disperdere e stabilizzare nanoparticelle all’interno del metallo fuso. Hanno anche sviluppato un metodo di manifattura scalabile che potrebbe aprire la strada per altri metalli superleggeri con caratteristiche simili. La ricerca è stata pubblicata su Nature.

“E’ stato ipotizzato che le nanoparticelle potrebbero realmente rafforzare la resistenza dei metalli senza danneggiarne la plasticità, specialmente metalli leggeri come il magnesio, ma nessun gruppo è mai stato in grado di disperdere nanoparticelle ceramiche in metalli fusi fino ad ora”

ha affermato Xiaochun Li, il principale indagatore sulla ricerca con cattedra Raytheon in Ingegneria Manifatturiera all’UCLA.

“Con una infusione di processi fisici e materiali, il nostro metodo apre un nuovo mondo riguardante il miglioramento delle caratteristiche dei metalli per superare le sfide della società moderna nel campo dell’energia e della sostenibilità.”

 

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Sulla sinistra, un campione deformato del metallo puro; sulla destra, il nuovo e resistente metallo composto da magnesio e nanoparticelle di carburo di silicio. Ogni micro-colonna ha un diametro di circa 4 micrometri. Credit: UCLA Scifacturing Laboratory

 

I metalli strutturali sono metalli portanti; essi vengono utilizzati negli edifici e nei veicoli. Il magnesio, con due terzi della densità rispetto all’alluminio, è il più leggero metallo strutturale. Il carburo di silicio è una ceramica ultra-resistente comunemente utilizzata nelle lame da taglio industriali. La tecnica dei ricercatori che infonde un grande numero di particelle di carburo di silicio più piccole di 100 nanometri nel magnesio aggiunge una quantità significante di resistenza, rigidità, plasticità e durabilità ad alte temperature.

Il nuovo magnesio infuso con carburo di silicio dei ricercatori ha dimostrato livelli record di resistenza specifica – ovvero quanto peso un materiale può sopportare prima di rompersi – e modulus – la rigidità del materiale in rapporto al suo peso. ha inoltre dimostrato una stabilità superiore ad alte temperature.

Le particelle di ceramica sono a lungo state considerate potenzialmente in grado di migliorare i metalli. L’inconveniente con particelle di ceramica su microscala stava nel processo d’infusione causava una perdita di plasticità.

Le particelle su nanoscala, al contrario, possono migliorare la resistenza mantenendo e addirittura migliorando la plasticità dei metalli. Il nuovo problema consisteva nel fatto che le particelle di ceramica tendevano a raggrupparsi insieme piuttosto che a distribuirsi omogeneamente a causa della tendenza delle piccole particelle nell’attrarsi l’una con l’altra.

Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno disperso le perticelle in una lega di magnesio e zinco. La scoperta di questa nuova dispersione nanoparticellare fà affidamento sull’energia cinetica del movimento delle particelle. Questa le stabilizza e ne previene l’aggregazione.

Per migliorare ulteriormente la forza del materiale, i ricercatori hanno usato una tecnica chiamata torsione ad alta pressione per comprimerlo.

“I risultati che abbiamo ottenuto fino ad ora sono semplicemente stati ottenuti graffiando la superficie del tesoro nascosto di una nuova classe di metalli con proprietà e funzionalità rivoluzionarie,” ha affermato Li.

Il nuovo metallo (più accuratamente chiamato metallo nanocomposto) è composta dal 14% circa di nanoparticelle di carburo di silicio e dall’86% di magnesio. I ricercatori hanno fatto notare che il magnesio è una risorsa abbondante e che il suo utilizzo su scala maggiore non causerà danni all’ambiente.

Fonte: http://phys.org/

 

 

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Traduzione a cura di Denis Gobbi

Questa nuova tecnologia può rivoluzionare il modo mediante il quale archiviamo i dati, portando gli scienziati uno step più vicini alla creazione di un cervello bionico.

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Scienziati della RMIT University in Australia hanno costruito un nuovo nano-dispositivo che farà da piattaforma per dispositivi di memoria di nuova generazione altamente stabili ed affidabili.

Esistono due tipi di memoria: quella volatile e quella non volatile. La memoria non volatile può accedere ai dati immagazzinati anche quando non alimentata, al momento la principale memoria non volatile da noi utilizzata è la memoria flash. Anche se questa tecnologia funziona bene, abbiamo raggiunto ormai limiti di scala difficili da superare per cercare di rendere questi dispositivi ancora più piccoli immagazzinando ancor più memoria.

Gli scienziati australiani hanno però creato una piattaforma per nuovi rivoluzionari nano-dispositivi che permetteranno ai computer di immagazzinare quantità significativamente maggiori di dati mimando la memoria umana.

Queste strutture impilate una sull’altra sono state create utilizzando una sottile pellicola, fatta di un ossido funzionale allo scopo 10.000 volte più sottile di un capello umano.

Dr Sharath Sriram.

Dr Sharath Sriram

“Questa sottile pellicola è stata appositamente progettata per avere dei difetti nella sua chimica per dare luogo ad un effetto memristivo dove la memoria del comportamento dell’elemento è dipendente dalle sue esperienze passate.” ha dichiarato Sharath Sriram, il leader del progetto dell’RMIT, in una recente dichiarazione.

“Con la memoria flash che stà rapidamente raggiungendo i suoi limiti di scala, ci servono nuovi materiali e architetture per creare una nuova generazione di memoria non volatile.”

La tecnologia in questione fà affidamento sui memristori – un tipo di elemento circuitale ritenuto da molti esperti di tecnologia di gran lunga superiore alle attuali tecnologie alla base degli hard disk come Flash, SSD e DRAM.

Questi memristori hanno il potenziale per poter essere inclusi all’interno della memoria a stato solido non volatile, e potrebbero servire oltretutto come “mattoni” per la costruzione di computer capaci di mimare le azioni del cervello umano.

Questa tecnologia appena sviluppata è una delle piattaforme più promettenti per la creazione di queste strutture, potendo oltretutto essere utilizzate a temperatura ambiente.

“Queste strutture da noi sviluppate potranno venire utilizzate in un vasto range di applicazioni nell’elettronica – da dispositivi di memoria ultraveloci rimpiccioliti fino a pochi nanometri fino ad architetture logiche per computer che replicano la versatilità e i tempi di risposta di una rete neurale biologica.”

ha affermato Sriram.

7fuayofea5kf“Anche se con molte altre ricerche ancora da fare, il nostro lavoro porta avanti la ricerca per una nuova tecnologia di nuova generazione che possa replicare le complesse funzioni di un sistema neurale umano, portandoci un passo più vicino al cervello bionico.”

I ricercatori hanno descritto il loro lavoro nel “journal Advanced Functional Materials” e credono nel fatto che la loro piattaforma non solo possa migliorare il campo dell’archiviazione dati, ma anche i dispositivi che processano il mondo attorno ad essi.

“I risultati ed il materiale usato sono fondamentali, in quanto lo stabile effetto memoria nasce dalle incredibilmente sottili vie nell’ossido, larghe appena 60 nanometri.” ha affermato Hussein Nili, ricercatore con PhD al RMIT autore dell’articolo.

“Esse posso anche venire sintonizzate e controllate tramite l’applicazione di pressione, fattore che apre nuove opportunità per l’utilizzo di questi elementi di memoria come sensori e attuatori.”

Fonte: RMIT

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Dei ricercatori hanno identificato fattori chiave necessari allo sviluppo di un catalizzatore che permetterà loro di replicare la fotosintesi e convertire l’anidride carbonica in carburante pulito.

leafMolti scienziati hanno speso decenni nel tentativo di replicare il processo della fotosintesi – quella reazione che permette alle piante di convertire il biossido di carbonio, acqua e luce solare nello zucchero che alimenta la loro crescita. Se riuscissimo a replicare una “fotosintesi artificiale”, saremmo essenzialmente in grado di creare in maniera facile ed economica biofuel dall’eccesso di anidride carbonica presente nella nostra atmosfera. E’ stato provato però come questo risulti un traguardo estremamente difficile da raggiungere.

Biparticelle metalliche di oro/rame usate come catalizzatore nella degradazione del biossido di carbonio, una reazione chiave necessaria alla fotosintesi artificiale

Biparticelle metalliche di oro/rame usate come catalizzatore nella degradazione del biossido di carbonio, una reazione chiave necessaria alla fotosintesi artificiale

Ora, scienziati del Lawrence Berkeley National Laboratory negli Stati Uniti hanno raggiunto un importante traguardo, identificando due fattori chiave che dovranno essere considerati nella creazione di un catalizzatore che riduca il biossido di carbonio e aiuti a guidare la sua conversione in zucchero.

Un catalizzatore è essenzialmente una sostanza che velocizza una reazione senza subire nessuna variazione chimica di per sè. Fino ad ora, la ricerca di questo catalizzatore che possa legare selezionatamente ed efficientemente il bioossido di carbonio e le molecole che lo trasformano si è dimostrata estremamente ardua. Per cercar di scoprire di più riguardo i fattori che potrebbero influenzare questo catalizzatore “ideale” il team di ricerca ha creato diversi set di leghe di nanoparticelle bimetalliche di oro-rame.

Queste leghe, tutte con differenti composizioni, sono state testate per cercare di capire quale fosse la più efficace nel degradare il biossido di carbonio e i suoi prodotti intermedi come l’acido carbossilico e il monossido di carbonio.

Quel che hanno scoperto è l’esistenza di due fattori chiave, interconnessi e coinvolti nel determinare l’efficacia di un catalizzatore: gli effetti elettronico e geometrico. L’effetto elettronico si riferisce ai sottili cambiamenti nella composizione superficiale che determinano quanto bene una molecola si legherà al catalizzatore, mentre l’effetto geometrico coinvolge la disposizione degli atomi nel punto di lega.

L'esperto di nanoscienze Peidong Yang possiede una cattedra al "Berkeley Lab, UC Berkeley and the Kavli Energy NanoSciences Institute" di Berkeley

L’esperto di nanoscienze Peidong Yang possiede una cattedra al “Berkeley Lab, UC Berkeley and the Kavli Energy NanoSciences Institute” di Berkeley

“Agendo sinergisticamente, gli effetti elettronico e geometrico determinano la forza legante della reazione intermediatrice e conseguentemente la selettività ed efficienza catalitica nella riduzione elettrochimica del biossido di carbonio.” ha affermato in un rilascio alla stampa Peidong Yang, il chimico che ha guidato lo studio. “In futuro, il design di un buon catalizzatore dotato di una buona attività e selettività per la riduzione del biossido di carbonio richiederà l’attento bilanciamento di questi due effetti, come ha rilevato il nostro studio.”

Usando queste informazioni, possono ora cominciare a creare un catalizzatore che li aiuterà a trasformare il sogno della fotosintesi artificiale in realtà.

Il team crede che le nanoparticelle possano creare il catalizzatore ideale per via dei loro vantaggiosi rapporti superficie/volume e superficie/massa; combinandoli insieme potranno sbloccare potenziali ancor più grandi.

“Con queste leghe, crediamo di poter regolare la forza degli intermediatori sulla superficie del catalizzatore per potenziare l’efficacia della reazione che ci permetterà di ridurre il biossido di carbonio.” ha detto Yang.

“Le nanoparticelle costituiscono una piattaforma ideale per lo studio di questa dinamica perchè, tramite appropriati processi di sintesi, possiamo avere accesso ad una grande varietà di composizioni, dimensioni e forme, donandoci una comprensione più profonda della performance di un catalizzatore tramite un preciso controllo dei siti attivi.”

Utilizzando i benefici delle nanoparticelle combinate con la scoperta dei fattori chiave che determinano l’efficacia di un catalizzatore, Yang crede che la strada per miglioramenti verso l’ottenimento di una fotosintesi artificiale sia ormai stata tracciata.

Fonte: nature.com

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Ispirati dalle capacità visive delle canocchie, dei ricercatori australiani hanno creato sensori che individuano il cancro e visualizzano l’attività cerebrale.

occhi canocchia

Una canocchia

Scienziati dell’Università del Queensland in Australia hanno scoperto che le canocchie hanno un’incredibile ed utile abilità: queste creature marine sono in grado di vedere vari tipi di cancro all’interno dei nostri corpi. Hanno quindi replicato quest’abilità in una fotocamera che potrebbe eventualmente essere integrata in uno smartphone.

Gli occhi composti di una libellula

Gli occhi composti di una libellula

Le canocchie possono vedere il cancro e l’attività neuronale perchè hanno degli occhi unici, conosciuti come “occhi composti”. Questo tipo di occhio è superbamente abile nel rilevare luce polarizzata – un tipo di luce che si riflette in maniera diversa su differenti tipologie di tessuti, inclusi tessuti cancerogeni e sani.

“Gli esseri umani non possono vederlo, ma una canocchia potrebbe avanzare fino ad esso e colpirlo,” ha detto Justin Marshall del Queensland Brain Institute all’Università del Queensland in una dichiarazione alla stampa.

“Noi vediamo i colori con diverse tonalità e sfumature, oggetti che creano contrasto – una mela rossa su un albero verde per esempio – ma la nostra ricerca stà rivelando che invece molti animali utilizzano proprio la luce polarizzata per rilevare e distinguere gli oggetti”.

Il suo team ora collabora con esperti internazionali per riprodurre questa abilità in una fotocamera, per poi sperare di poterle integrare negli smartphone per dare la possibilità alle persone di scansionare il proprio corpo in totale autonomia da casa.

“La fotocamera che abbiamo sviluppato in forte collaborazione con scienziati americani e britannici cattura un video integrandolo con un feedback immediato nel rivelare il cancro e nel monitorare l’attività delle cellule nervose esposte ad essa.” ha detto Marshall

Hanno ottenuto questo risultato replicando un gruppo di cellule presenti negli occhi composti della canocchia, dette ommatidi.  Ognuna di queste cellule ommatidi presenta dei micro-villi capaci di filtrare la luce polarizzata, assieme a recettori fotosensibili.

Per riprodurre tutto questo nel sensore di una fotocamera, gli scienziati hanno usato nanotubi in alluminio capaci di replicare questi micro-villi, e posizionandoli al di sopra di fotodiodi che trasformano la luce in corrente elettrica.

“Questi convertono messaggi a noi invisibili in colori molto più familiari ai nostri occhi” afferma Marshall.

Gli attuali sistema di diagnostica per immagini già utilizzano luce polarizzata per rilevare il cancro, ma ci sono limitazioni nella rilevazione di tumori riguardo alla loro dimensione, oltre a questo essi richiedono ingombranti attrezzature. Replicando invece gli occhi delle canocchie, gli scienziati sperano di migliorare questa tecnologia a tal punto da poter includerla all’interno di uno smartphone. Questo ridurrebbe il bisogno di metodi invasivi di rilevazione , come ad esempio le biopsie, e aiuterebbero a rilevare il cancro in fase precoce.

Impressionatamente, questi sensori sviluppati dall’Università del Queensland sono già stati utilizzati per “vedere” l’attività dei neuroni all’interno di un cervello in tempo reale, come anche nel procurare diagnosi precosi di tessuti cancerosi nei topi.

Potete visualizzare la ricerca interamente qui: IEEE.

Fonte: sciencealert.com.au

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Uova e sperma trasmettono memoria sulla repressione dei geni agli embrioni

Crescenti evidenze suggeriscono come lo stress ambientale possa attuare cambiamenti nell’espressione dei geni trasmessi dai genitori alla loro discendenza, rendendo il tema “epigenetica” molto caldo. Le modifiche epigenetiche non riguardano la sequenza dei geni nel DNA,  ma il modo in cui il DNA viene “impacchettato” e la maniera in cui i geni vengono espressi. Ora, uno studio portato avanti da scienziati dell’ UC Santa Cruz stà dimostrando come la memoria epigenetica possa passare di generazione in generazione e da cellula a cellula durante lo sviluppo.

Lo studio, pubblicato il 19 settembre su Science, è incentrato su una ben documentata modificazione epigenetica: la metilazione di una proteina di DNA chiamata histone H3.

La metilazione di un amminoacido particolare (lisina 27) in questa proteina è conosciuta per l’abilità di poter spegnere o meglio “reprimere” alcuni geni, e questo particolare meccanismo trova un parallelo in tutto il mondo animale multicellulare,  dall’essere umano fino al piccolo Caenorhabditis elegans, il verme utilizzato in questo studio.

Il dibattito

 

“C’è stato un dibattito in corso riguardo la possibilità di ereditarietà del tratto riguardante questa metilazione enzimatica tra cellule e tra generazioni, e noi abbiamo finalmente dimostrato che avviene per davvero” ha affermato Susan Strome, una professoressa di biologia molecolare, cellulare e inerente allo sviluppo all’UC Santa Cruz.

Il laboratorio di Strome ha creato vermi con una mutazione che esclude l’enzima responsabile della metilazione, e quindi fatto accoppiare quei vermi mutati con degli altri normali. Usando etichette fluorescenti, sono stati capaci di tracciare lo sviluppo dei cromosomi contrassegnati (e non) sotto al microscopio, a partire dalle cellule uovo e dallo sperma fino alla divisione cellulare degli embrioni dopo la fecondazione. Embrioni nati da ovuli mutanti fecondati da sperma normale aveva sei cromosomi metilati (derivanti dallo sperma) e sei cromosomi non marchiati (derivanti dall’ovulo).

Mano a mano che l’embrione si sviluppava, le cellule replicavano i loro cromosomi e si dividevano. I ricercatori hanno scoperto che quando un cromosoma marchiato si divide, entrambi i cromosomi figli risultano marcati allo stesso modo. Senza l’enzima richiesto per la metilazione della proteina histone però, il marchio viene progressivamente diluito divisione dopo divisione.

“Il marchio rimane nei cromosomi derivanti da quelli iniziali aventi il medesimo marchio, ma non ce n’è abbastanza per entrambi i cromosomi figli per renderli “carichi al 100%” ha affermato Strome. “Quindi il marchio risulta chiaro nell’embrione iniziale, ma meno nelle cellule figlie dopo la divisione, ancora abbastanza chiaro in un embrione di quattro cellule, ma già dopo 24/48 cellule non riusciamo più a vederlo.”

I ricercatori hanno quindi eseguito l’esperimento inverso, fertilizzando normali cellule con sperma mutato. L’enzima responsabile della metilazione (chiamato PRC2) è normalmente presente negli ovuli ma non nello sperma, non contribuendo molto di più al di là della trasmissione dei suoi cromosomi all’embrione. Quindi l’embrione risultante ha avuto comunque sei cromosomi non marchiati (questa volta dallo sperma) e sei cromosomi marchiati, con la differenza però ora di avere l’enzima.

“Rimarcabilmente, mentre osservavamo i cromosomi attraverso la divisione cellulare, i cromosomi marchiati sono rimasti chiaramente marchiati, perchè l’enzima continuava a riprodurre il marchio, ma i cromosomi non marchiati sono rimasti uguali, divisione dopo divisione” Strome ha affermato. “Questo dimostra che il pattern di cromosmi marchiati (e non) è stato ereditato e viene trasmesso attraverso multiple divisioni cellulari.”

Immagine di embrioni di C. elegans evidenzianti trasmissione ed ereditarietà di marchi epigenetici. L’embrione a sinistra mostra il marchio (in verde) ereditato nei cromosomi dallo sperma ma non nei cromosomi ovociti (in rosa) da una madre mutante senza l’enzima della metilazione PRC2. Il secondo embrione a destra mostra la trasmissione del marchio nei cromosomi derivanti dallo sperma in ognuno dei due nuclei figli. (Foto di Laura J. Gaydos)

 

Importanti implicazioni

 

Strome ha notato come le scoperte in questo studio sulla trasmissione della metilazione della proteina histone nei vermi di C. elegans ha importanti implicazioni in altri organismi, anche se questi usano il marchio repressivo per regolare geni diversi duranti diverse fasi dello sviluppo. Tutti gli animali usano lo stesso enzima per creare lo stesso marchio di metilazione come segnale per la repressione genetica, e i suoi colleghi nel campo della ricerca epigenetica su topi ed esseri umani sono entusiasti delle nuove scoperte.

Strome ha aggiunto: “Il campo della trasmissione epigenetica non è un campo del tutto conosciuto, è molto in movimento.” “Ci sono dozzine di potenziali marchi epigenetici. Negli studi che documentano la trasmissione epigenetica da genitore a figlio, non è chiaro esattamente cosa viene trasmesso, e comprenderlo a livello molecolare è davvero molto complicato. Ora noi abbiamo uno specifico esempio di memoria epigenetica trasmessa ereditariamente, e possiamo vederla nel microscopio. E’ un pezzo del puzzle.”

 

 

Fonte: news.ucsc.edu

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