Raggi traenti e Phaser, realtà sempre più fantascientifica

Raggi phaser. Imagecredit: Paramount via Memory Alpha

Per il 44° anniversario di Star Trek non poteva esservi migliore notizia, anzi per la verità sono ben due le notizie, che sembrerebbero tratte da un futuribile romanzo, mentre invece sono “solo” frutto dei meritori sforzi di lungimiranti e arditi ricercatori.

Un raggio traente è un sistema in grado di manipolare un oggetto spostandolo nelle 3 dimensioni o bloccandolo a mezz’aria in una sorta di levitazione sospesa. Avevamo già visto qualcosa di molto simile  un paio di mesi fa su questo stesso canale, ma si trattava di uno strumento olografico che si limitava a manipolare oggetti microscopici, anche se riesce a gestirne fino a 300 contemporaneamente!

Adesso i ricercatori dell’Australian National University, hanno annunciato di aver costruito un dispositivo capace di spostare piccoli oggetti con un raggio di azione di un metro e mezzo, sfruttando un raggio luminoso.
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Come fare un videoclip di una molecola

Molucad, uno dei freeware più versatili per la modellistica molecolare

Un pallino che mi attanagliava da tempo (si lo so, sono un po’ strano), era quello di disegnare una molecola qualsiasi con le forme di Van der Waals (quelle a palloncini), predisporre una rotazione variabile e estrarre il filmato in formato avi, pronto per essere pubblicato e utilizzato anche per una didattica più accattivante.

La ricerca di un software adatto è stata lunga e laboriosa, le condizioni da rispettare erano rigorose e prevedevano l’estrema facilità d’uso, la condizione di software open source o freeware, anche per decorrenza dei termini di licenza. Chiaramente non poteva mancare il supporto per il 3D e l’animazione. Infine, assolutamente indispensabile, la possibilità di esportare il tutto in un file video manipolabile con programmi comuni.

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Materiali a memorie di forma multiple

Applicazioni dei materiali a memoria di forma. Imagecredit: daido.co.jp

Le leghe a memoria di forma (Shape Memory Alloy – SMA), sono una famiglia di materiali metallici capaci di ripristinare la loro forma originale dopo essere stati deformati,  se sottoposti ad un appropriato trattamento, che può essere termico, meccanico o magnetico.

Attualmente vengono già impiegati in numerose applicazioni e settori industriali, in robotica, medicina, ingegneria civile e nel campo aerospaziale ad esempio non si fa troppa fatica a pensare a nuovi impieghi.

Provate però a immaginare le potenzialità di un materiale in grado di assumere numerose forme predefinite e diverse, potrebbe seriamente rivoluzionare l’attuale produzione industriale!

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Molecole poliziotte arrestano gli inquinanti clorurati

Quando le unità di azobenzene (blu) alle estremità del recettore sono colpite dagli UV, il recettore si apre e rilascia lo ione cloruro (verde). Imagecredit: Amar Flood

Un team di chimici della Indiana University di Bloomington, ha progettato una molecola in grado di trattenere i famigerati ioni cloruro, ma può essere comodamente indotta a rilasciarli dietro cauz… ehm, volevo dire a liberarli se viene esposta alla luce ultravioletta.

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Acqua asciutta contro il global warming?

L'acqua in polvere assorbe tre volte tanto!

Direttamente dal meeting della American Chemical Society svoltosi ieri, arriva l’annuncio di uno sviluppo interessante relativo ad una sostanza chiamata dry water, un ossimoro che si può tradurre (più o meno impropriamente) con “acqua secca”, o meglio “acqua asciutta”. Si tratta di un materiale che sembra zucchero in polvere e possiede interessanti peculiarità, ad esempio quella di assorbire grandi quantità di gas, come l’anidride carbonica o il metano.

Fra le sue insolite proprietà figurano, oltre all’elevato adsorbimento gassoso, anche il comodo rilascio successivo del gas catturato, che richiede energie relativamente limitate come una lieve agitazione. L’acqua secca al tatto risulta unta e lascia una sensazione di freddo, proprio come l’alcool, e la sua preparazione non è nemmeno troppo complessa o costosa.

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Batterie a ricarica luminosa

Ifor Samuel

Presto sarà disponibile una nuova generazione di batterie che sfruttano un rivoluzionario sistema di accumulazione dell’energia, basta esporle alla luce  e i fotoni catturati “riempiranno” il serbatoio della cella rigenerandola completamente.

La buona novella giunge da oltremanica, un gruppo di ricercatori guidati da Ifor Samuel, di stanza presso la University of St Andrews, Regno Unito, sono riusciti a sintetizzare un complesso molecolare ramificato con un nucleo cationico a base di cianina (un pigmento sintetico appartenente al gruppo delle polimetine), il tutto associato ad un anione ioduro. Questa miscela polimerica è definito dall’acronimo PEDOT:PSS, per esteso: poli(3,4-etilenediossitiofene) poli(stirenesulfonato), un complesso di due ionomeri.

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Termofotovoltaico: così i pannelli renderanno il 50% in più

Un piccolo dispositivo PETE composto da nitruro di gallio rivestito di cesio, brilla durante la fase di sperimentazione all'interno di una camera sotto vuoto spinto. Imagecredit: Nick Melosh - Stanford University

Scoperto dai ricercatori della Stanford University, un nuovo processo di conversione dell’energia solare promette di portare il fotovoltaico sul podio delle future fonti di energia. Il sistema combina simultaneamente la luce e il calore della radiazione solare per generare elettricità, raggiungendo potenzialmente il doppio dell’efficienza dei pannelli costruiti secondo le attuali tecnologie.

Il processo è conosciuto con l’acronimo di PETE, photon enhanced thermionic emission (emissione di fotoni potenziati [con metodo] termoionico) e potrebbe ridurre sensibilmente il costo della produzione di energia dal sole, fino a competere egregiamente con le più economiche risorse fossili, surclassandole.

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Imballaggi fungini

L'Ecocradle in persona!

Si chiama Ecocradle™, ed è un nuovo materiale per l’imballaggio composto essenzialmente da sottoprodotti agricoli (come ad esempio scarti di cotone) resi consistenti da micelio fungino, il reticolo filiforme dei funghi che costituisce la parte vegetativa ed è composto da molte cellule allungate (ife). Con l’aspetto e la funzionalità delle schiume polimeriche, l’EcoCradle può essere fabbricato con solo un solo ottavo dell’energia e un decimo delle emissioni di biossido di carbonio rispetto al materiale tradizionale degli imballaggi come il polistirolo.

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Verso il replicatore: la stampante dei cibi digitali

Il replicatore, un gadget ipertecnologico ben noto a tutti i fan di Star Trek e ritenuto per anni un prodigioso sogno decisamente lontano dall’essere realizzabile, ha già compiuto i suoi primi passi in questo universo, anche se il resto del percorso è ancora lungo e tortuoso.

Il replicatore della Voyager. Imagecredit: Paramount (via Memory Alpha)

Un approccio futuristico che per ora è stato impiegato solo nel campo delle nanotecnologie, promette di replicare oggetti di modeste dimensioni, con applicazioni anche per le missioni spaziali. Si tratta di una vera e propria stampante tridimensionale ed è stata battezzata Electron Beam Freeform Fabrication (EBF3), un dispositivo che grazie ad un fascio di elettroni modella un materiale grezzo creando la forma desiderata, una parte meccanica, un ricambio o un utensile, con costi irrisori e soprattutto in tempi brevi.

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Superplastiche eco-friendly

Dinamica molecolare di sistemi composti da organo-argilla. Imagecredit: Durham University

Un materiale che deriva dall’argilla comune potrebbe diventare la futura superplastica grazie alla sua economicità e resistenza, ma soprattutto per il suo minimo impatto ambientale che lo contraddistingue.

Arriva dagli stessi ricercatori la segnalazione di una valutazione approfondita per il primo materiale a basso costo producibile su scala industriale. Il materiale originalmente in polvere, è derivato in buona parte dall’argilla, un fillosilicato di alluminio (dal greco phyllon, foglia: un particolare silicato caratterizzato da una struttura stratificata), sostanza assolutamente innocua per la salute e reperibile in grande quantità, che garantisce di essere un ottimo sostituto per il composto tradizionalmente utilizzato nella produzione di materiali nanocompositi.

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Serendipity glue!

La sensazione che si prova quando si scopre una cosa non cercata e imprevista mentre se ne sta cercando un’altra, non ha prezzo. In questo caso, la serendipità ha baciato alcuni scienziati impegnati nella ricerca di nuovi materiali per colle hot melt, quelle che ad esempio si utilizzano in legatoria per la brossura a caldo dei libri.

Una scoperta accidentale, che non ha risparmiato il fallimento dell’oggetto della ricerca in corso, un nuovo materiale ecologico che sostituisca le attuali composizioni degli adesivi. Fortuitamente però i ricercatori si sono accorti che il materiale ricavato da alcuni oli vegetali e resine economiche e biocompatibili era incredibilmente appiccicoso, come racconta Kaichang Li, professore della Oregon State University.

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Quelle pinzette olografiche che sembrano un raggio traente

L'orientamento di una cellula manipolata dal laser. Imagecredit: Wikimedia Commons

Esiste un nuovo strumento a disposizione della scienza che si avvale della tecnologia olografica per manipolare oggetti microscopici troppo fragili e delicati per essere ruotati, spostati oppure orientati  opportunamente senza danneggiarli irrimediabilmente. L’ultima evoluzione di questa tecnologia è stata sviluppata all’Università di Tel Aviv dalla dottoressa Yael Roichman, ed è in grado di manipolare contemporaneamente fino a 300 nanoparticelle alla volta, come ad es. polimeri o microsfere vetrose.

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Chimica, ultima frontiera

Lab-on-a-chip su vetro. Imagecredit: Wikimedia Commons

Forse qualcuno potrebbe trovare entusiasmanti alcuni  dei nuovi gingilli che circolano nei laboratori più all’avanguardia, dispositivi che hanno qualcosa di miracoloso, reso concreto dall’ingegnosità e dagli sforzi dei ricercatori delle numerose discipline applicate nei prodigiosi lab-on-a-chip. Questi dispositivi, consentono analisi molto complesse, con applicazioni in tutti i campi della chimica analitica e della chimica clinica. Alcuni modelli sono in grado di controllare campioni acquosi, identificando fino a 25 agenti inquinanti in circa mezz’ora, compresa la loro concentrazione, grazie a un biochip che rileva la risposta elettrochimica di anticorpi specifici. Fra le sostanze rilevate, vi si trova anche l’atrazina, uno dei pesticidi più comuni, rintracciabile anche in concentrazioni dell’ordine delle parti per milione (ppm), tuttavia ancora insufficiente per discriminare il campione secondo i limiti di legge.

La potenzialità di questi “ordigni”, si esprime in tutta la loro complessità per  gli utilizzi dedicati alla biochimica, con tecniche immunoenzimatiche, o con traccianti magnetici in luogo dei convenzionali enzimi, radioisotopi o altri mezzi fluorescenti. Anche le tecniche che impiegano la reazione a catena della polimerasi o PCR, una tecnica di biologia molecolare che consente la moltiplicazione di frammenti di acidi nucleici al fine di ottenerne quantità sufficiente per diagnostica clinica, ma anche in medicina legale, in microbiologia o per l’ingegneria genetica.

1000 parametri nel palmo di una mano. Imagecredit: rsc.org

Un “mostro” analitico, come quello nella figura a destra, sviluppato nell’Università di California, a Los Angeles, è addirittura in grado di tracciare oltre 1000 analiti in situ, sfruttando tecniche di estrazione in fase solida (SPE) e spettrometria di massa integrata. Un portento.

In generale la fabbricazione si avvale di una tecnica che ben si adatta alla produzione di massa, la fotolitografia, un processo simile alla stampa che sfrutta i materiali più adatti al caso, dal vetro al metallo, dalla ceramica alla carta, presumo che anche in questo aspetto non ci saranno limiti, e i costi non sono neanche lontanamente paragonabili con i metodi tradizionali.

A fronte di tutte queste ottime qualità\prezzo\prestazioni e chipiùnehapiùnemetta, non bisogna dimenticare però alcuni importanti aspetti fondamentali, che non è proprio possibile trascurare. Intanto è una tecnologia giovanissima, non completamente sviluppata e testata esaustivamente. C’è ancora molto lavoro da fare. Gli effetti fisici come le forze di capillarità o quelli chimici delle superfici dei canali diventano predominanti e portano i sistemi Lab-on-a-chip a comportarsi differentemente e ogni tanto in maniera più complessa delle strumentazioni di laboratorio convenzionali. I principi di rilevazione non sempre sono calibrati per una trasduzione ottimale, portando ad un basso rapporto segnale-rumore che provoca così un elevato errore analitico. Infine anche se l’assoluta accuratezza geometrica e l’elevata precisione nella microfabbricazione  sono facilmente ottenibili, spesso risultano relativamente povere, se confrontate con le attuali tecniche della meccanica di precisione o altre nanotecnologie, per esempio.

Ricordo che quando iniziai a studiare, non troppo tempo fa, per alcune analisi occorrevano ore, chi ha eseguito una gravimetrica per separare il ferro da una matrice acquosa, con filtrazione sottovuoto e amenicoli pratici vari come la calcinazione finale, lo sa. La tecnica era tutto, era necessario mantenere l’attenzione sempre alta per non incorrere in una ripartenza da zero. Già allora insegnavano a lavorare in doppio, a discapito del tempo e a favore del fatto che la media dei due risultati era più precisa di uno solo.

Una ventina di anni fa in un laboratorio tipico lavoravano numerosi tecnici, spesso specializzati in settori distinti e con competenze approfondite frutto di anni di esperienze e osservazioni che arricchivano la professionalità dell’operatore rendendolo un vero esperto.

Oggi, siamo all’estremo opposto. I laboratori odierni pullulano di kit rapidi,  aggeggi polianalitici senza scrupoli e tecnici solitari che devono fronteggiare le competenze più diverse, dall’automazione integrale delle apparecchiature ai requisiti fondamentali dei laboratori di prova pro-certificazione, dalla gestione dei protocolli analitici più recenti alla comprensione delle nuove tecniche che minano economicamente quelle tradizionali, per una futura adozione. Un compito per nulla facilitato dalla produttività che viene richiesta e messa sempre in discussione, come ad esempio nei laboratori conto terzi. La nuova frontiera della chimica analitica non è tutto oro che luccica, le insidie sono molteplici e spesso incomprensibili, e la riduzione del personale nei laboratori è in rapido declino, una tendenza inarrestabile.

Il rischio principale tuttavia, consiste nell’assunto che queste nuove tecnologie presto sostituiranno completamente la figura del chimico, il povero tecnico di laboratorio. Certamente molti credono ciecamente che un microchip ben congegnato potrà dargli qualunque risposta, quasi come un magico tricorder di Star Trek, pur non avendo alcuna competenza, ma è meglio che non dimentichi che nella maggior parte dei casi solo un chimico esperto potrà interpretare obiettivamente e con perizia quegli stessi dati.

Beninteso, non sono contrario a questo tipo di progresso, tuttavia sarebbe meglio accedervi in maniera sostenibile e con una certa base di umiltà, evitando di soppiantare improvvisamente le tecniche acquisite più tradizionali e che hanno ancora molto da dire.

Per chi vuole approfondire: Lab on a chip Journal, STMicroelectronics, CNR

Zucchero? Lo preferisce di barbabietola, di canna o fotosintetico?

Alcuni ricercatori del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e della Medical School, due dipartimenti dell’Università di Harvard,  hanno bioingegnerizzato un ceppo di batteri fotosintetici rendendoli capaci di produrre zuccheri semplici ed acido lattico. Questa innovazione potrebbe condurre alla progettazione di nuovi metodi ecocompatibili per la produzione di sostanze chimiche di base in grande quantità.

Questa incredibile “fabbrica fotosintetica” potrebbe anche essere in grado di ridurre le emissioni di biossido di carbonio associate al trasporto dello zucchero a livello globale dai paesi produttori, oltre a contribuire alla produzione di plastiche biodegradabili, dove l’acido lattico riveste un ruolo importante, e infine a consentire il sequestro delle emissioni nocive di CO2 dalle centrali elettriche e altri impianti industriali, gas di cui questi batteri sono ghiotti.

In particolare, l’acido lattico viene utilizzato come monomero per la produzione di acido polilattico (PLA), a cui segue l’applicazione come plastica biodegradabile. Questo tipo di plastica è un’ottima alternativa per sostituire la plastica tradizionale prodotta dal petrolio,  oltre alla sua elevata biodegradabilità, anche per le minori emissioni di anidride carbonica della fase produttiva, normalmente espletata tramite un processo di fermentazione.

Oltre al suo positivo e indubbio impatto ambientale quindi, questa tecnologia offre anche discreti vantaggi economici. Infatti, grazie a questo metodo basato interamente sulla fotosintesi, il costo di produzione di zuccheri, acido lattico e altri composti diventerebbe decisamente competitivo rispetto ai metodi tradizionali.

Le attuali ricerche del Dr. Jeffrey Way e del team della dottoressa Pamela Silver, rappresenta solo l’ultima delle innovazioni di un programma ad ampio spettro in cui l’Istituto Wyss, in collaborazione con diversi partner, è impegnato nello sviluppo di metodi ambientalmente sostenibili per la produzione di biocarburanti, di idrogeno, di additivi alimentari e di altri prodotti chimici ad alto valore aggiunto.

Inutile ricordare che i batteri sono degli instancabili lavoratori, non hanno sindacati e non scioperano, non si mettono in mutua, non chiedono un salario, ma soprattutto non ti fanno le scarpe per inseguire la propria carriera! 😀

Fonte: PhysOrg

Non può piovere petrolio!

Siamo tutti in sdegnata apprensione per l’immane disastro ambientale che nei giorni scorsi ha devastato il golfo del Messico, e che la BP sta cercando di contenere, con discutibili risultati, purtroppo.

Fra le migliaia di proposte che in queste settimane sono state inoltrate, nella speranza che i vertici dell’azienda rimangano colpiti da qualche brillante intuizione (anche se io li vedrei bene colpiti da qualcos’altro), spicca sicuramente quella di qualche sedicente esperto che suggerisce di far scoppiare una bella bombetta atomica per sigillare definitivamente la copiosa e impietosa perdita di petrolio.

Come dire: mi hanno avvelenato il gatto, mi passi la stricnina per favore?

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Rilevate molecole organiche complesse nello spazio interstellare

Un team di scienziati dell’Instituto de Astrofisica delle Canarie (IAC) in collaborazione con l’Università del Texas è riuscito a individuare una delle molecole organiche più complesse mai scoperte nella materia presente tra le stelle, il  cosiddetto mezzo interstellare. La rilevazione della presenza di molecole di antracene potrebbe contribuire a risolvere un mistero dell’astrofisica vecchio di decenni, che riguarda l’esistenza di molecole organiche nello spazio. I ricercatori segnalano i loro risultati sulla rivista Monthly Notices della Royal Astronomical Society.

Imagecredit: Gaby Perez and Susana Iglesias-Groth

“Abbiamo rilevato la presenza di molecole di antracene in una densa nube in direzione della stella Cernis 52 in Perseo, circa 700 anni luce dal Sole”, spiega Susana Iglesias Groth, la ricercatrice IAC responsabile della ricerca.

La banda che rivela la presenza di antracene è stata rilevata tramite l’analisi delle emissioni spettrali provenienti dalla costellazione Perseus, una pratica comune per la determinazione delle sostanze chimiche di interesse astrofisico.

A suo parere, il prossimo passo è quello di indagare anche sulla presenza di aminoacidi. Molecole di media complessità come  quella dell’antracene sono considerate come un prebiotico, ossia  precursori delle macromolecole sulle quali la vita primordiale ha appoggiato i suoi fondamenti,  così quando sono sottoposte all’energia come le radiazioni ultraviolette e combinate con acqua e ammoniaca, potrebbero produrre amminoacidi e altri composti essenziali per lo sviluppo della vita.

Imagecredit: Wikimedia Commons

“Due anni fa”, dice Iglesias, “abbiamo trovato la prova dell’esistenza di un’altra molecola organica nello stesso luogo, il naftalene, un altro idrocarburo aromatico policiclico formato da due anelli benzenici coniugati. Tutto porta a ipotizzare che abbiamo scoperto una regione di formazione stellare ricca di precursori biochimici.”

Fino ad ora, l’antracene era stato rilevato solo nei meteoriti e mai nel mezzo interstellare. Le forme ossidate di questa molecola sono comuni nei sistemi viventi, pertanto sono biochimicamente attivi. Sul nostro pianeta, l’antracene ossidato è un componente di base delle piante del genere aloe e possiede notevoli proprietà anti-infiammatorie.

Questa scoperta alimenterà sicuramente le speranze per le prossime ricerche sulla vita extraterrestre, donando una rinnovata linfa ‘vitale’ per l’esobiologia (che ne ha tanto bisogno…).

Fonti: http://arxiv.org/abs/1005.4388, PhysOrg via Royal Astronomical Society

Ritrovata l’energia perduta del fotovoltaico!

Una cella solare di silicio monocristallino.

Alcuni chimici specializzati in scienze dei materiali delle Università di Austin in Texas e del Minnesota, hanno dichiarato che secondo le loro ricerche, l’efficienza delle celle solari può essere potenziata fino al 60%, molto più del limite del 30% a cui eravamo rassegnati.

Da un punto di vista prettamente economico, incrementare l’efficienza è la chiave per rendere questa tecnologia altamente competitiva rispetto a qualunque altra fra quelle attualmente in uso. Xiaoyang Zhu insieme ai suoi colleghi hanno lavorato sull’energia che viene dispersa nel processo di fotoconversione, lasciando intravedere qualche ottimistico indizio.

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In sun we trust!

Lo scorso 9 giugno Michael Grätzel è stato premiato con il  prestigioso Millennium Technology Prize per aver sviluppato una cella solare contenente un particolare pigmento organico fotosensibile a basso costo (dye-sensitized solar cells). Questo sistema foto-elettrochimico attualmente è la migliore tecnologia disponibile, se non in termini di efficienza, per il suo ottimo rapporto prezzo\prestazioni,  che lo rende perfino più competitivo rispetto a qualsiasi tipo di generazione elettrica ottenuta da carburanti fossili. Un traguardo che sicuramente verrà reso ridicolo di fronte al ritmo con cui questa tecnologia si sta evolvendo.

La cella in sintesi è composta da un piccolo modulo di vetro sul quale viene applicato uno strato sottile poroso di biossido di titanio ridotto in nanoparticelle (TiO2 – un minerale abbondante e non tossico),  quindi rivestito da un pigmento organico a base vegetale che assorbe la luce, lo stesso compito che ricopre la clorofilla delle piante. La produzione e i materiali utilizzati sono una valida alternativa ai classici pannelli di silicio, sui quali pendono recentemente anche alcuni dubbi inerenti il loro futuro massiccio smaltimento, una volta esausti.

La Terra riceve dal sole un flusso di energia rinnovabile utilizzabile, che eccede i 120 petawatt, un valore pari a 8.000 volte i consumi  energetici mondiali totali riferiti al  2004. Un valore che farebbe impallidire qualsiasi  tipo di centrale nucleare.

In aggiunta agli indubbi vantaggi economici, vi è la possibilità di creare dei supporti sottilissimi, flessibili e anche trasparenti, adatti a molteplici impieghi e situazioni con estrema praticità.

Dove bisogna firmare per vederli al supermercato?