Елементаријум представља листу од 10 нових материјала и узбудљивих технологија које би могле да промене свет у наредној деценији
Текст: Ивана Хорват
Научни напредак је из године у годину све већи. Више од милион научних радова објављује се сваке године, а број научних открића и нових технологија расте брзином коју пре неколико деценија нисмо могли ни да наслутимо. Из овог разлога, предвиђати ток научног и технолошког напретка је врло незахвалан посао.
Историјска дешавања неретко су нас учила да нисмо били у праву. Присетимо се само лорда Келвина, познатог британског научника, који је почетком 20. века рекао да је наука открила све што се може открити и да нам преостају само прецизнија мерења. Међутим, неколико година потом, Макс Планк је утемељио основе квантне физике, а Алберт Ајнштајн објавио постулате Специјалне теорије релативности. Само десет година касније, откривено је језгро атома. О утицају ових открића на прогрес човечанства чини се да је излишно говорити.
Упркос овоме, у наставку текста представљамо листу најновијих технлогија које би у наредном периоду могле да доведу до револуције у науци и да унапреде живот свих становника планете. Познато је да су цивилизацијским помацима увек претходиле појаве нових материјала који су били у употреби, те нас и у овом погледу очекују сјајне могућности са развојем наноматеријала.
1. Штампање органа
Класични 3Д штампачи више нису новост. Њиховом употребом успели смо да постигнемо огроман успех у индустрији, електроници, па чак и у изгради аутомобила. Такође, успели смо да „одштампамо“ и узорке ткива појединих органа. Следећи циљ ком научници теже је штампа органа у целости. Највећи проблем у постизању овог циља представљају крвни судови који прожимају сваки орган и које је готово немогуће репродуковати. Међутим, научници из САД и Аустралије пронашли су начин како да превазиђу ову препреку, те у наредним годинама можемо очекивати и први самоодрживи, функционалани орган добијен уз помоћ био-штампача. Могућности које ће се јавити након овог успеха су немерљиве, а листе чекања трансплатације ће се смањивати. Иако ће бити оних чији се погледи на свет се неће слагати са овом врстом напретка, једно је сигурно – а то је да ће илегална трговина људским органима престати да буде уносан бизнис.
2. Провидни организми
Да су понека открића уврнута, доказује и то што су научници из Лабораторије „Пол Патерсон“ у Америци успели да учине ткива животиња провидним. Истраживачи су успели да еутаназирана тела лабораторијских пацова учине провидним на тај начин што су липидне молекуле, који чине тело непрозирним, заменили провидном гел течношћу, која испуњава читав организам. Ова врста супстанце даје потпору и структру ткивима. Процес пластификације делова људског тела је познат одраније, међутим, до сада није било могуће очувати одређене ћелије и протеине неопходне за детаљна изучавања неуролошких и имунолошких појава.
Научницима је ова метода помогла да мапирају периферне нерве о којима се веома мало зна. Такође, успели су да прате ширење вируса у пределу мозга пацова на тај начин што су вирусе обележили флуоресцентним раствором. Следећи корак овог тима је да у годинама које следе проучавају ћелије рака, матичне ћелије, а према њиховим речима овај помало бизарни начин испитивања ће смањити број лабораторијских пацова који се користе при стандардним истраживањима. Такође, наглашавају да су добијени подаци много прецизнији и надају се да ће у наредним годинама ова метода довести до значајних открића у вези са лечењем неких од најопакијих болести, као што је рак.
3. Наноматеријали у производњи суперпроводника
Недавно је још једна незамислива ствар постала могућа: производња материјала чија се дебљина мери бројем атома. Тачније, у производњи су материјали дебљине једног атома, што представља најмању могућу дебљину материјала. Наиме, слојеви оваквих материјала могу се спајати на веома стабилан начин. Ово нам пружа фантастичне могућности у погледу изградње суперпроводника – материјала који проводе електричну енергију без отпора. Иако је овај феномен постигнут на веома ниским температурама, сан научника је да се исти ефекат постигне на собној температури. Комбинација различитих материјала, као и материјала дебљине једног атома веома обећава у овом погледу. Иако је производња овако танких материјала тек у зачетку, у наредном периоду можемо очекивати велике помаке. За сада су добијени материјали састављени из неколико слојева танких материјала чија укупна дебљина не прелази десет микрона, што је мање од попречног пресека људске власи. Осим производње суперпроводника, ови материјали ће нам омогућити да произведемо савитљиве и провидне материјале које бисмо могли да применимо у производњи савитљивих екрана и нове генерације компјутерских чипова.
4. Репрограмирајуће ћелије
Тим научника са Масачусетског института за технологију је сасвим случајно успео да на тренутак „превари“ мембране ћелија и да у саму ћелију убаци одређене супстанце и материјале, попут разних ензима и наночестица, који могу да промене њено понашање. Овакво програмирање ћелијског понашања је осетљив посао, међутим, током великог броја покушаја које су имали, научници су приметили да када би успели довољно брзо да промене облик ћелије, она би „отворила“ своју мембрану и самим тим пропустила супстанце које су научници желели да убаце. Новоотркивени начин је био много отменији и може да се примени чак и у случају веома осетљивих ћелија, као што су имуне и матичне ћелије.
Ако бисмо успели да приморамо ћелије да се понашају на начин на који ми желимо, вероватно бисмо успели да победимо или чак спречимо болести попут дијабетеса, рака, сиде итд. Најновија метода убацивања нуклеинских киселина и разних ензима, који делују на ћелију тако што мењају њено понашање, отвара многа врата за истраживања која се тичу лечења за сада неизлечивих болести.
5. Генетички инжењеринг уз помоћ CRISP технологије
Измена генома, који представља скуп гена одређене јединке, постала је могућа седамдесетих година прошлог века и тада је променила токове модерне медицине. Међутим, методе које су коришћене су биле изузетно скупе и захтевале су много труда и времена. Тимови научника са Берклија у Америци и Универзитета у Улмеу пронаши су начин како да ову врсту генетског подухвата учине једноставнијим, бржим и јефтинијим. Оба тима открила су да одређене бактерије – у овом случају стрептококе – имају могућност да препознају вирусе који су их претходно већ били нападали, тако што складиште „податке“ о њиховом ДНК ланцу. На пример, стрептококе користе одређен протеин звани Cas9 као одређену врсту оружја којом успешно уништавају вирусе када им се приближе. Овај протеин има улогу својеврсних маказа за молекуле, које можемо да користимо када кројимо генетски материјал јединки. Убрзо након тога, тим са Масачусетског института за технологију открио је како уз помоћ ове метде могу да се начине вишеструке измене у геному јединке и то одједном, с великом прецизношћу. Иако ће ова метода у великој мери олакшати рад научника који се баве овом облашћу и изучавање болести као што су сида, Алцхајмер и шизофренија, један део стручне и шире јавности страхује да би управо олакшан рад на генетичком инжењерингу могао да доведе до неетичког понашања у овој области.
6. Бежично преношење електричне енергије уз помоћ звучних таласа
Иако бежично преношење електричне енергије већ постоји, доста је ограничено просторном удаљеношћу јер пренос електромагнетних таласа на овај начин опада са квадратом растојања. Међутим, у случају механичких таласа ово не би представљало проблем. Уз помоћ пијезоелектричног ефекта – појава стварања електричног напона на крајевима одређених кристала при механичком притиску – механичке вибрације попут звука би на ефикасан начин могле да се претворе у електричну енергију. Иако је у почетку академска заједница била скептична према идеји научнице са Универзитета у Пенсилванији, Мередит Пери је била одважна и основала је своју компанију како би развила ову технологију. Трансмитер, који је за сада још у фази тестирања, има улогу звучника који усмерава ултразвук, како би формирао hotspot енергије. Пријемник затим „хвата“ ову енергију и претвара је у електричну. Прва тура нових уређаја биће спремна веома брзо, а нов начин преноса електричне енргије и пуњења компјутера, мобилних апарата и других уређаја биће лакши него икада.
7. Наноматеријали у производњи одеће
Још једна примена наноматеријала и пијезоелектричног ефекта: интензивно се ради на развоју нових технологија које би омогућиле да уз помоћ нановлакана одећа коју носимо постане „паметна“. Она би претварала енергију наших покрета у електричну енергију, а што су ови покрети интензивнији и живљи, више електричне енергије би се могло произвести. С обзиром на то да се нановлакна праве од органских материјала, поливинил флуорида, они су флексибилни и удобни, а и релативно јефтини и једноставни за производњу.
8. Соларна енергија
С обзиром на све осетније климатске промене, соларна енергија ће ускоро морати да постане доминантан извор енергије како би у великој мери заменила класичне фосилне изворе. Срећом, научници вредно раде на развијању нових нанотехнологија и ово би ускоро могло да постане ставрност. Фотоћелије би јако брзо могле да постану јефтиније за израду, а самим тим ће бити у масовнијој употреби. Такође, научници са Универзитета у Северној Каролини осмислили су како да уз помоћ сунчеве светлости воду раставе на њене саставне делове и затим створе водоник. Водоник би се складиштио и користио као гориво, а кисеоник би се испуштао у атмосферу. „Отргнути“ електроне из молекула воде је доста тешко, међутим, овај процес је у великој мери олакшан и поједноставњен уз помоћ нових технологија и наноматеријала попут титанијум-диоксида. Неопходно је пронаћи начин за његово омасовљење како би сунчева светлост засигурно постала доминантан извор енергије на планети.
9. E-ELT
Европски изузетно велики телескоп највећи је телескоп чија се изградња планира у наредних десет година. За потребе овог телескопа развиће се технологије које до сада нису биле у употреби и које ће довести до праве револуције у астрономији. Осим модерних технологија, оно што ће овај телескоп учинити тако револуционарним јесте и величина примарног огледала које ће имати пречник од невероватних 39 метара. Са оволиком површином која ће скупљати светлост удаљених свемирских објеката бићемо у могућности да завиримо у најскровитије делове нашег универзума. Такозвани E-ELT (European Extremely Large Telescope) омогућиће нам да проучавамо удаљене ванземаљске светове и њихове атмосфере, као и да проучавамо најраније објекте у свемиру, као што су прве звезде, галаксије и најстарије квазаре. Сматра се да ће овај телескоп довести до нове револуције у проучавању свемира, слично као Галилео Галилеј пре 400 година када је први пут посматрао свемир кроз сочиво телескопа.
10. Видео-камере за наночестице
Холограмски микроскопи нису новина. Научници их користе већ неко време. Функционишу тако што у одређени објекат уперимо ласерски сноп, након чега се светлосни зраци одбијају о његову површину и формирају холограмску слику. Међутим, оно што представља велики проблем у овом начину посматрању микросвета је потешкоћа на коју научници наилазе када треба да „извуку“ информације из добијених холограма. Тим научника са Универзитета у Њујорку је пронашао начин како да из холограма посматраног објекта веома брзо извуче информације о њему. Резолуција једног оваквог телескопа ће омогућити истраживачима широм света да прате наночестице које се налазе у разним флуидима или растворима. Ако би такве наночестице садржале информације о самом производу – када, како и где је направљен – уз помоћ ових микроскопа бисмо могли да испратимо цео процес производње једног модерног производа и то практично сваког његовог делића. Али, оно што је такође веома битно, велике примене једног оваквог уређаја би се могле применити у медицини.