Испарение дает спорам энергию

Реклама

Поддерживается

НаукаВозьмите

стенограмма

Вверх. Вниз. Вверх. Вниз. ((Покажите видео подъема)) Это сила испарения — и СПОРЫ. Эти споры — это спящие, высушенные бактерии, которые расширяются под действием влаги и сжимаются при высыхании. Длина каждого около микрона — это одна двадцатипятитысячная дюйма. Чтобы использовать эти крошечные двигатели, ученые из Колумбийского университета приготовили жидкую пасту из спор и нарисовали ее на тонкой пластиковой ленте. По мере того, как споры поглощают и теряют воду, поступающую из испарения, участки ленты действуют как мышцы. Они могут поднимать вес или открывать и закрывать небольшие ставни. Они могут даже привести в движение колесо. Споровые мышцы удерживают крошечные синие грузики вдали от оси колеса, когда они расширяются во влажной камере. Они приближают их, когда они сжимаются в сухом воздухе. Изменение веса приводит в движение колесо. Хотя машина, которую они оснастили этой системой, — игрушка, идея велика. И, в конечном итоге, машины тоже могут стать такими же.

Джеймс Горман

Наука всегда ищет новые способы использования природных источников энергии — более совершенные ветряные мельницы, новые солнечные панели, геотермальные тепловые насосы для домов.

Но ученые из Колумбийского университета придумали нечто действительно необычное: метод использования крошечных бактериальных спор для управления процессом передачи энергии, который в больших масштабах является чрезвычайно важным фактором климата и погоды на планете, а именно испарения.

Споры представляют собой сухие, спящие бактерии. Они расширяются, когда впитывают влагу, и сжимаются, когда теряют ее. Исследователи увидели, что если бы они могли контролировать испарение, то они могли бы контролировать расширение и сжатие спор, которые можно было бы использовать как маленькие мышцы.

Проблема в том, что они очень и очень маленькие. Каждая спора имеет длину около микрона. Двадцать пять тысяч из них, сложенные встык, растянутся примерно на дюйм. Что сделали ученые, так это разработали способ сократить разрыв между невероятно крошечными и просто маленькими, снабдив энергией такие устройства, как игрушечная машинка, чтобы продемонстрировать, что их метод может работать.

Озгур Шахин, биолог и старший автор отчета о новой работе в журнале Nature Communications, сказал, что это всего лишь способ побудить других сделать следующий шаг. Он сказал, что процесс, разработанный Си Чэнем и другими сотрудниками его лаборатории, может работать в гораздо большем масштабе. Представьте себе что-то размером с ветряную мельницу, но работающее за счет испарения. Назовите это мельницей влаги.

Ману Пракаш, биофизик из Стэнфордского университета, не имевший никакого отношения к исследованию, сказал: «Что прекрасно, так это идея превратить что-то бактериальное, размером в один микрон, в обычный повседневный материал, с которым я могу проектировать. "

Исследование выросло из более раннего проекта, в рамках которого лаборатория доктора Озгура изучала свойства бактериальных спор по другим причинам. Команда подсчитала энергию, необходимую для расширения и сжатия, и решила, что им следует попытаться использовать эту энергию.

«Но как его использовать?» он вспомнил, как тогда задавался вопросом. Одна спора не имела никакой ценности, а в той или иной практической форме были необходимы миллионы. Команда смешала споры с разбавленным клеем, получив своего рода пасту, которую они нанесли на тонкую пластиковую ленту, на которой паста высохла.

Отрезки ленты функционировали как искусственные мышцы, расширяясь и сжимаясь при изменении влажности. Используя ленту в различных установках, команда доктора Шахина создала небольшие устройства для поднятия тяжестей, открытия и закрытия ставней и даже для привода игрушечной машинки.

В лаборатории использовались споры обычных почвенных бактерий, которые повсеместно распространены и безвредны. Теоретически они могли бы вернуться к активной жизни, но доктор Сахин сказал: «Споры просыпаются, когда есть триггер — определенные химические вещества или питательные вещества. Ничего из этого не присутствует», — говорится в экспериментах. Вода сама по себе не является триггером.

Если, как надеется доктор Шахин, предприниматели и инженеры будут достаточно заинтригованы этим процессом, чтобы найти практическое применение, бактерии можно будет генетически сконструировать, чтобы сделать их пробуждение еще менее вероятным.